ZAacutePADOČESKAacute UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA PEDAGOGICKAacute

KATEDRA CHEMIE

VYUŽITIacute SENZORU NA MĚŘENIacute OXIDAČNĚ-REDUKČNIacuteCH

POTENCIAacuteLŮ K INOVACI LABORATORNIacuteCH UacuteLOH Z FYZIKAacuteLNIacute CHEMIE

BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE

Katharina Poliacutevkovaacute Chemie se zaměřeniacutem na vzdělaacutevaacuteniacute

Vedouciacute praacutece Mgr Jitka Štrofovaacute Ph D

Plzeň 2013

Prohlašuji že jsem bakalaacuteřskou praacuteci vypracovala samostatně s použitiacutem uvedeneacute literatury a zdrojů informaciacute

Plzeň 30 června 2013

vlastnoručniacute podpis

Poděkovaacuteniacute

Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece

za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie

Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu

Obsah 1 Uacutevod 7

2 Teoretickaacute čaacutest 8

21 Oxidačně-redukčniacute děje 8

22 Galvanickeacute člaacutenky 9

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15

26 Elektrolyacuteza 16

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16

3 Praktickaacute čaacutest 18

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18

312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22

32 Praktickeacute uacutelohy 33

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37

325 Oscilačniacute reakce 38

33 Vyacutesledky měřeniacute 39

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41

332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44

333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48

334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51

335 Oscilačniacute reakce 54

4 Zaacutevěr 58

Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

7

1 Uacutevod

Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute

potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute

v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii

Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute

využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier

tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute

Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji

předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou

s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky

Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute

oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty

na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute

titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky

v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

Prohlašuji že jsem bakalaacuteřskou praacuteci vypracovala samostatně s použitiacutem uvedeneacute literatury a zdrojů informaciacute

Plzeň 30 června 2013

vlastnoručniacute podpis

Poděkovaacuteniacute

Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece

za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie

Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu

Obsah 1 Uacutevod 7

2 Teoretickaacute čaacutest 8

21 Oxidačně-redukčniacute děje 8

22 Galvanickeacute člaacutenky 9

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15

26 Elektrolyacuteza 16

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16

3 Praktickaacute čaacutest 18

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18

312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22

32 Praktickeacute uacutelohy 33

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37

325 Oscilačniacute reakce 38

33 Vyacutesledky měřeniacute 39

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41

332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44

333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48

334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51

335 Oscilačniacute reakce 54

4 Zaacutevěr 58

Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

7

1 Uacutevod

Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute

potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute

v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii

Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute

využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier

tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute

Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji

předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou

s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky

Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute

oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty

na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute

titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky

v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

Poděkovaacuteniacute

Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece

za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie

Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute

bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu

Obsah 1 Uacutevod 7

2 Teoretickaacute čaacutest 8

21 Oxidačně-redukčniacute děje 8

22 Galvanickeacute člaacutenky 9

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15

26 Elektrolyacuteza 16

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16

3 Praktickaacute čaacutest 18

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18

312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22

32 Praktickeacute uacutelohy 33

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37

325 Oscilačniacute reakce 38

33 Vyacutesledky měřeniacute 39

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41

332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44

333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48

334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51

335 Oscilačniacute reakce 54

4 Zaacutevěr 58

Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

7

1 Uacutevod

Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute

potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute

v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii

Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute

využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier

tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute

Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji

předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou

s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky

Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute

oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty

na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute

titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky

v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

Obsah 1 Uacutevod 7

2 Teoretickaacute čaacutest 8

21 Oxidačně-redukčniacute děje 8

22 Galvanickeacute člaacutenky 9

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15

26 Elektrolyacuteza 16

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16

3 Praktickaacute čaacutest 18

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18

312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22

32 Praktickeacute uacutelohy 33

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37

325 Oscilačniacute reakce 38

33 Vyacutesledky měřeniacute 39

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41

332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44

333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48

334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51

335 Oscilačniacute reakce 54

4 Zaacutevěr 58

Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59

7

1 Uacutevod

Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute

potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute

v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii

Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute

využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier

tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute

Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji

předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou

s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky

Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute

oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty

na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute

titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky

v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

7

1 Uacutevod

Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute

potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute

v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii

Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute

využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier

tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute

Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji

předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou

s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky

Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute

oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty

na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute

titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky

v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

8

2 Teoretickaacute čaacutest

21 Oxidačně-redukčniacute děje123

Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu

elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute

rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci

je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje

jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky

redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho

čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli

CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo

Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek

přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo

se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla

a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute

elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou

Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce

Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4

rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar

oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+

redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0

kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo

se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli

daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako

oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

9

Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše

lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud

by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute

v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule

22 Galvanickeacute člaacutenky45

Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve

vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute

poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)

a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty

Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute

mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute

potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky

vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha

Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl

plynnyacute chlor)

Existuje několik typů elektrod

Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute

kovroztok

Mz+ + ze- rarr M

kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho

druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech

odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu

Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute

(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)

Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute

(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)

Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi

průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů

Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou

vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

10

Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek

či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu

střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku

obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty

Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag

či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem

stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky

aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat

Ox + z e- rarrRed

kde z je počet vyměněnyacutech elektronů

Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech

potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou

koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute

čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech

a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou

membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody

patřiacute skleněnaacute elektroda

Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny

v tabulce 16

Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC

Elektrody prvniacuteho druhu

elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)

Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337

H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000

Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763

Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360

Elektrody druheacuteho druhu

AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222

Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

11

Oxidačně-redukčniacute elektrody

Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167

PtCl62ndashPtCl4

2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4

2ndash + 2 Clndash + 068

Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne

tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem

aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy

elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute

a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů

a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute

Člaacutenky se děliacute do několika skupin

Chemickeacute člaacutenky bez převodu

Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute

vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute

standardniacutech potenciaacutelů aj

Chemickeacute člaacutenky s převodem

Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4

a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu

Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem

můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody

spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci

a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud

Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky

U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky

na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho

kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech

Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky

Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu

U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

12

rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka

z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute

v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute

čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute

rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute

roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty

a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů

a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo

bez převodu

Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute

pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute

na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno

a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu

Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci

elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit

či aktivitniacutech koeficientů

Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba

konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem

NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje

přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům

v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute

a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute

23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45

Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ

Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem

a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je

vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty

Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute

elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje

vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho

ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

13

nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)

Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute

Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem

∆φ=φm-φ1

kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm

většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)

Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E

Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech

v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně

důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem

E=∆φ2-∆φ1

kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota

elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1

Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen

kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute

člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se

jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem

obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku

Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute

24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45

Elektrodovyacute potenciaacutel

Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou

rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech

faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel

Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci

potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude

naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece

chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil

dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

14

je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj

v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku

U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale

neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute

se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem

byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou

černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek

při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech

iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce

2H+ + 2e-rarr H2 (g)

kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute

elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)

s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku

Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice

potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti

standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě

Nernstova rovnice

Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute

jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se

uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0

(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute

Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)

Pro jejiacute potenciaacutel platiacute

EMe= E0Me + RTzF ln cMe

z+

kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta

T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech

iontů v roztoku

Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek

E= E0 - RTzF ln119886119862

119888 119886119863119889

119886119860119886119886119861

119887

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

15

kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek

uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity

vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321

25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578

Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel

Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech

všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou

elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich

standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů

Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu

Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem

k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute

elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to

vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda

Standardniacute redukčniacute potenciaacutel

Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech

systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude

na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě

s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech

potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde

k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce

2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+

kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot

standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute

hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta

∆E= E0Fe

3+Fe2+ - E0

Sn4+Sn2+=

119877119879

2119865 ln Ka

Při teplotě 298 K platiacute

0771 ndash 0153= 0029 log Ka

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

16

213= log Ka

Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty

na ciacuteničiteacute

26 Elektrolyacuteza 45

Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu

Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute

praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke

styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se

dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů

do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi

elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je

charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze

probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute

se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je

tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci

Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt

27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910

Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů

Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat

s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda

Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)

jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda

(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou

Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace

Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel

kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute

podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

17

anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat

Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo

napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem

manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem

prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se

při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl

(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad

bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo

organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute

antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)

Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute

elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute

rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace

titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute

změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů

indiferentniacutemi elektrodami

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

18

3 Praktickaacute čaacutest

31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier

311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier

V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty

ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

DropCounter ndash čiacutetač kapek

GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač

kapek DropCounter

LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute

vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)

počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite

v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

19

Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)

1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)

2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute

vstup

2

1

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

20

Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

21

Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter

Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

22

Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura

1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute

LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter

312 Praacutece se systeacutemem Vernier

V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA

způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro

Způsoby zapojeniacute

Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute

(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute

pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)

4

6

5

1

2

3

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

23

Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini

1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3

digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2

Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro

Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem

magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila

miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda

ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu

jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může

sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute

LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA

senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program

LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala

možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti

a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila

možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu

1

3

2

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

24

v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat

v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho

tlačiacutetka Zastavit sběr dat

Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

25

Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech

Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter

Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek

Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr

Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem

podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute

Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci

funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce

programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute

sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace

Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

26

Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost

Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou

Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce

Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce

Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho

jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute

derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace

Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem

tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr

Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem

barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

27

Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace

Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

28

Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

29

Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce

Zjištěniacute inflexniacuteho bodu

Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute

se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po

zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod

ekvivalence

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

30

Obr 13 Funkce odečet hodnot

Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

31

Dalšiacute možnosti nastaveniacute

Nastaveniacute měřiacutetka grafu

Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti

ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem

kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute

hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu

Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu

Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

32

Vloženiacute poznaacutemky

Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem

zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti

grafu

Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu

Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu

Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a

osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

33

32 Prakticeacute uacutelohy 910

321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů

Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli

Princip uacutelohy

Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem

titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto

stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na

manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O

Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na

koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar

E= E0 + 119877119879

5119865ln

119886Mn2+a51198651198903+

11988651198651198902+1198861198721198991198744minus

E0 = 151 V

kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je

termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek

Pro aktivitu platiacute vztah

ai=119888119894

119888119904119905 120574119894

kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)

Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute

nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence

zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)

4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan

křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

34

Postup

přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek

(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci

jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3

vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej

zahřaacutet dokud se nevyčeřil

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura - viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku

Princip

Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid

vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci

vystihuje rovnice

5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

iontovyacute zaacutepis

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O

Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po

prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho

Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3

4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute

rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook

Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute

H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

35

Postup

přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute

kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet

viz kapitolu 332

do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila

po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute

baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)

Titračniacute aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek

činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku

Princip

Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci

I2 + 2e- rarr 2I-

E0= 0 5355 V

Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute

jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute

a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute

rozdělit na dvě skupiny

laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se

obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu

(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)

laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute

jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

36

přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute

odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6

2-

Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace

Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice

a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O

b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute

oxidace jodu na jodnan

Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3

byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu

draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku

H2O2

Postup

přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute

k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)

do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku

vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala

jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela

a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla

a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

37

324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli

Princip

Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho

uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně

s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce

2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2

Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem

jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem

thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce

I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6

Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute

miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač

kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook

Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute

KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)

Postup

podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice

přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI

tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince

byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute

aparatura ndash viz obr 4

připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače

přes USB vstup (obr 5)

otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr

dat

titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince

titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod

ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

38

325 Oscilačniacute reakce 11

Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci

Princip

Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou

oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi

reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute

rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako

oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje

na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu

způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět

V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu

Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)

elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini

Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid

draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda

Roztoky

A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody

B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3

destilovaneacute vody

C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute

H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou

D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu

ve 100 cm3 H2O)

Postup

na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru

senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu

do roztoku v kaacutedince

nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1

minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku

D

na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala

z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

39

v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci

12 vzorkůminuta

Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)

Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute

zaacuteznam průběhu reakce

33 Vyacutesledky měřeniacute9

V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich

zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier

Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute

člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů

1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem

roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je

titrovaacuten

V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu

ekvivalence

2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci

ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku

Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku

U= |Ei - ER|

Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo

pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště

pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute

bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale

titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute

rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace

Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi

indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se

vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute

přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet

při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se

stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

40

rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle

aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute

indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute

110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem

staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute

oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně

červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute

redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute

vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten

při reduktometrickyacutech titraciacutech

Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech

indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem

draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně

(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

41

331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli

Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

42

Obr 18 Titračniacute křivka

Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

43

Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů

V [cm3] E0 [mV] dEdV

1136 56867 1100027

1139 5726 140941

1143 57874 164513

1146 58435 1571468

115 58997 2666584

1154 6034 5013964

1157 62578 3002977

1161 8179 5269819

1164 10022 2979896

1168 103075 6192565

1171 104643 3452318

1175 105541 2273717

1179 106267 1802277

1182 106828 1492894

1186 107333 1252263

1189 107723 1095117

1193 108116 1100027

1196 108508 8643073

Vyacutepočty

Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli

Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)

V= 1161 cm3

Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3

Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3

Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3

M(Fe)= 55847 g mol-1

Reakce

5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744

n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3

n1198701198721198991198744= 232210-4 mol

n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744

n1198651198902+ = 5 232210-4

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

44

n1198651198902+= 116110-3 mol

m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+

m1198651198902+= 116110-3 55847

m1198651198902+= 00648 g

mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip

mcelk Fe= 00648 0100125

mcelk Fe = 052 g

Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů

v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť

v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila

z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)

K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)

Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem

bodem

3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994

45

Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 21 Titračniacute křivka

Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

46

Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

496 67398 -23572

500 67398 2037997

504 68853 2975967

507 69523 4311715

511 71933 1807188

514 70814 3138025

518 74175 2227064

521 86722 4257695

525 104587 2987262

529 108059 7292593

532 109796 4159479

536 111031 3059451

539 111981 2352291

543 112711 1959424

546 113381 164513

550 113886 1335748

Vyacutepočty

Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3

1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3

Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute

ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala

jsem vyacutesledek

17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3

Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute

nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4

nH2SO4 =17568 9808

nH2SO4 = 179 mol

Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute

Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3

Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3

Vyacutechoziacute objem V1=

Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3

c1 V1 = c2 V2

47

179 V1 = 2 250

V1= 500179

V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku

Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3

Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3

Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3

n 11986721198742= 5

2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce

n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744

n 1198701198721198991198744= 002 000521

n 1198701198721198991198744= 00001042 mol

n 11986721198742= 0002605 mol

c 11986721198742= n 11986721198742Vpip

c 11986721198742= 00026050005

c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak

přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence

Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho

roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo

k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku

převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute

bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst

v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce

potenciaacutelu (viz kapitola 312)

48

3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 24 Titračniacute křivka

49

Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

V [cm3] E0 [mV] dVdE

257 38550 4747142

261 38382 5421018

264 38161 6119448

268 37936 6667825

271 37712 7985566

275 37375 9818945

279 37038 1321288

282 36533 2329919

286 35807 4485504

289 34239 8434635

293 28244 8378433

296 26732 4361369

300 26059 2190233

304 25614 1214068

307 25277 8719464

311 25052 7505396

314 24716 5936656

318 24603 3925941

321 24491 330663

Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho

stanoveniacute peroxidu vodiacuteku

50

Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9

1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g

peroxidu vodiacuteku

Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3

Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3

1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2

289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2

x= 289 17007 10-3

x= 4 915 10-3 g H2O2

Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g

Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1

Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)

n11986721198742= m11986721198742M11986721198742

n11986721198742= 4 915 10-3 34

n11986721198742= 0145 10-3 mol

koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)

c11986721198742= n11986721198742Vpip

c11986721198742= 0145 10-30005

c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3

Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od

manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek

došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu

ekvivalence(tabulka 4)

51

3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute

Obr 27 Titračniacute křivka

52

Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence

Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem

stanoveniacute měďnatyacutech soliacute

V [cm3] E0 [mV] dVdE

1243 31885 3188536

1246 31661 3166087

1250 31492 314925

1254 31215 3121539

1257 30430 3042965

1261 29868 2986841

1264 28862 2886169

1268 26732 2673249

1271 21299 21299

1275 19226 1922593

1279 18444 184437

1282 18051 1805084

1286 17490 174896

1289 17269 1726861

1293 17100 1710024

1296 17044 1704411

1300 17100 1710024

1304 17100 1710024

53

Vyacutepočty9

Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)

1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem

byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3

Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi

M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1

M (Cu)= 6355 g mol-1

1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1

x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu

x= 00763 24955 6355

x= 02996 g na 5 cm3 vzorku

Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute

02996 50= 1498 g modreacute skalice

Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)

Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila

V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3

1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu

1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu

x= 63546 1268

x= 80 5763 mg Cu

xcong 00806 g Cu

Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi

Vyhodnoceniacute

Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute

jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu

v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel

systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet

k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid

měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota

potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap

324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka

5)

54

335 BZ reakce oscilačniacute reakce

Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce

Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu

55

Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku

Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum

potenciaacutel E0 [mV]

barva

8947896 modraacute

1118268 zelenaacute

9977418 modrofialovaacute

9823778 fialovaacute

9608754 fialovaacute

9344621 růžovofialovaacute

9142575 červenaacute

9031731 červenaacute

8958419 červenaacute

8911766 modraacute

1114409 zelenaacute

1001881 modrofialovaacute

9880604 fialovaacute

9687678 fialovaacute

9414776 růžovofialovaacute

9180459 červenaacute

9042254 červenaacute

896333 červenaacute

8910012 modraacute

1090662 zelenaacute

1002933 modrofialovaacute

Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce

Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV

zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce

E0~1100mV

56

Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva

Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva

představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV

Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva

Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute

barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV

Vyhodnoceniacute

V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku

zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech

oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem

pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva

a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute

fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů

57

(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a

zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily

58

4 Zaacutevěr

V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech

reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů

Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů

ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na

středniacutech a vysokyacutech školaacutech

V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a

přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute

softwaru je velmi širokyacute

Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a

tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při

laboratorniacutech cvičeniacutech

59

Literatura

1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974

2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982

3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie

Karolinum Praha 2005

4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972

5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha

1983

6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute

httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013

7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT

Praha 2008

8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001

9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie

SNTL Praha 1985

10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985

11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994