Alapozó laboratóriui gyakorlati feladatok kidolgozása, eljárások elélete, érési leírások. Oldatkészítéssel kapcsolatos száítási feladatok egoldással. Készítette Dr. Dóbéné Cserjés Edit Weisz Ilona Tartalojegyzék A érés... 2 Töegérés... 5 Térfogatérés... 15 Hőérsékletérés... 23 Sűrűségérés... 29 Oldatkészítés... 34 Oldatok kéhatásának eghatározása... 56 Törésutató eghatározása... 57
A érés "Ai száítható, azt száítsd ki, ai érhető, azt érd eg, és ai ne érhető, azt tedd érhetővé. Galilei A érés a terészet jelenségeiről való iseretek egszerzésének egyik alapvető ódszere. A világ egiserésének, a kutatásnak, a terelésnek, de a hétköznapi életünknek is nélkülözhetetlen elee. A érés tervszerűen végrehajtott gyakorlati tevékenységek összessége, aely valaely fizikai, kéiai, csillagászati, statisztikai stb. ennyiség nagyságának jellezésére alkalas. A érés az összehasonlítás űvelete a érendő jellező és a választott értékegység között. A érés eredényéül a választott értékegységben kifejezett értéket kapjuk. A érési eredény két részből áll: érőszából és értékegységből. Példák: érési eredény érőszá értékegység Budapest-Szeged távolság 171 k Egy tanítási óra ideje 45 in A standard légköri nyoás 101325 Pa Egy dobozos üdítőital térfogata 0,33 l Mérésre az eberiségnek régóta szüksége van. Eleinte csak a hosszúság, a töeg és a térfogat, de később a kereskedele, a tudoány és a technika fejlődésével egyre több ennyiség érése vált szükségessé. A különböző földrészeken és országokban egyástól eltérő értékegységek születtek ugyanazon jellezők érésére. (Az aerikai kontinensen Fahrenheit fokban érik a hőérsékletet, Angliában érföldben a távolságot stb.) Ez sok probléát és félreértést okozott a érési eredények összehasonlításakor, ezért ki kellett alakítani egy egységes értékegységrendszert. Az SI értékrendszer A Mérésügyi Világszervezet 1960-ban fogadta el a Nezetközi Mértékegységrendszer, röviden SI értékrendszer (Systée International d Unités) bevezetését, aelyet hazánkban is kötelezően használunk a tudoány és technika területén 1980 óta. Ennek jelentősége abban áll, hogy bevezetésével egységes értékegységrendszert használnak az egész világon. Ez egkönnyíti a nezetközi együttűködést a gazdaságban és a tudoányban. Az SI értékrendszer szerint az összes terészeti jelenség leírásához elegendő hét ennyiség, ezeket alapennyiségeknek nevezzük. Az összes többi fizikai ennyiség aelyeket száraztatott ennyiségeknek hívunk kifejezhető az alapennyiségekkel. (Például a területet és térfogatot a hosszúság határozza eg, a sebesség a egtett út és az idő hányadosa stb.) 2
Az SI értékrendszer bevezette a fizikai alapennyiségek értékegységét is, ezek az alapértékegységek. Az összes többi, vagyis a száraztatott értékegységek ezek segítségével fejezhetők ki. A Nezetközi Mértékegységrendszer (SI) alapennyiségei és ezek alapértékegységei: alapennyiség alapértékegység neve jele neve jele Hosszúság l éter Töeg kilogra kg Idő t ásodperc s Hőérséklet T kelvin K Anyagennyiség n ól ol Áraerősség I aper A Fényerősség I v kandela cd Ezek az alapértékegységek bizonyos esetekben nagynak, áskor túl kicsinek bizonyulnak, ezért használjuk ezek törtrészeit és többszöröseit is. Az SI értékrendszer szabályozása kiterjed a kisebb és nagyobb értékegységek képzésére is. Ha növelni vagy csökkenteni szeretnénk az alapértékegységet, akkor prefixuokat (előtétszavakat) használunk. Prefixuok A leggyakrabban használt prefixuokat az alábbi táblázat tartalazza: alapértékegységet növelő prefixuok alapértékegységet csökkentő prefixuok szorzó előtétszó jele szorzó előtétszó jele 10 deka da 10 1 deci d 10 2 hekto h 10 2 centi c 10 3 kilo k 10 3 illi 10 6 ega M 10 6 ikro μ A értékegység és a érőszá kapcsolata Ugyanannak a fizikai jellezőnek a eghatározásánál inél kisebb értékegységet használunk, annál nagyobb a érőszá. Ha a laboratóriui asztal 2,5 éter hosszú, akkor ez kisebb egységekben 25 d, vagy 250 c, vagy 2500. Fordítva is igaz: ahányszor nagyobb a választott értékegységünk, annyiszor kisebb lesz a érőszá. 2,5 = 0,0025 k (Ezerszeresére nőtt a értékegység, ezredrészére csökkent a érőszá.) 3
Mértékegység átváltási feladat Mintafeladat: Töltse ki a táblázatot! 24,3 k c 1,79 cg g kg g 125 Pa MPa hpa kpa Megoldás: 24,3 0,0243 k 24300 2430 c 1,79 cg 0,0179 g 0,0000179 kg 17,9 g 125 Pa 0,000125 MPa 1,25 hpa 0,125 kpa Nagyon nagy vagy nagyon kicsi adatok esetén száok norál alakját célszerű használni. Így kitöltve a táblázat: 24,3 2,43 10 2 k 2,43 10 4 2,43 10 3 c 1,79 cg 1,79 10 2 g 1,79 10-5 kg 1,79 10 g 125 Pa 1,25 10 4 MPa 1,25 hpa 1,25 10 1 kpa 4
Töegérés A töeg a testek tehetetlenségének értéke. Az SI értékrendszerben alapennyiség. Jele: Alapértékegysége: kg (kilogra) A kilogra az egyetlen SI alapegység, aelyiknek a definíciója ég indig etalonon, és ne valailyen alapvető fizikai állandón alapszik. Párizs közelében őrzik a hivatalos SI értékegységnek egy féhengerből álló nezetközi etalonját, ait ég 1879-ben készítették el platinából és irídiuból. forrás: http://www.bip.org/en/scientific/ass/prototype.htl A kilogra az egyetlen SI alapegység, aelyik előtagot (prefixuot) tartalaz; a egfelelő előtag nélküli egység a gra lenne. A hétköznapi életben és a terelésben is használjuk a kg többszöröseit, százszorosát a ázsát (jele: q) és ezerszeresét a tonnát (jele: t). Laboratóriui körülények között a kg-nál kisebb töegértékegységeket használunk. A gra a kg ezredrésze (jele: g). Gyakran van szükségünk ég ennél is kisebb töegegységekre, int a centigra (jele: cg) vagy a illigra (jele: g). A töeg értékegységeinek átváltása A töegérés értékegységei és a váltószáok: g < cg < g < kg < q < t 10 10 2 10 3 10 2 10 A hétköznapi töegérés (forrás: tudasbazis.sulinet.hu) Bolti érleg A érés pontosságát akárilyen jó szándékkal kezdünk is a űvelethez két fontos, a érést végző szeélyen kívüli tényező befolyásolja: a érleg pontossága, a érendő tárgy töege. A tudoányos kísérletek általában nagyobb pontosságot igényelnek, int ai egy konyhai vagy egy bolti érlegre jellező. Mit értünk ezen? A konyhai érleg egy-egy osztása általában 1 dkg-nak, azaz 10 g-nak felel eg. Ez azt jelenti, hogy a érleg helyes beállításától és a szeünk pontosságától függetlenül is tévedhetünk néhány graot a érésnél, hiszen két beosztás között csupán becsülni tudjuk a töegértékeket. Ez süteénykészítésnél persze ne okoz különösebb gondot. 5
A tudoányos érés értékegységei A tudoányos éréseknél, így az iskolai kísérleteknél is be kell tartani néhány fontos szabályt. Ezek közül az első: ne használjuk a dekagraot! A nezetközileg elfogadott ún. SI értékrendszer a töeg alapértékegységeként a kilograot (kg) fogadta el, ezen kívül éréseinknél ég a g-ot és g-ot használhatjuk: 1 kg = 1000 g; 1 g = 1000 g 1 g = 0,001 kg; 1 g = 0,001 g. Töegérés laboratóriuban A töeg érésére szolgáló eszközök a érlegek. A érlegek jellező adatai: a pontosság és a terhelhetőség. A pontosság az a legkisebb töeg, ai a érlegen ég eghatározható. A terhelhetőség az a legnagyobb töeg, ait a érlegre helyezhetünk annak károsodási veszélye nélkül. A laboratóriui gyakorlatban e két jellező adat alapján a érlegeknek két fajtáját különböztetjük eg és használjuk. A kisebb pontosságú (és általában nagyobb terhelhetőségű) érlegeket táraérlegnek, a pontosabban érőket analitikai érlegnek nevezzük. pontosság terhelhetőség táraérleg 10 g = 10 2 g 200 500 g analitikai érleg 0,1 g = 10 4 g 100 200 g A érlegek csoportosítása történhet a érleg felépítése, érési echanizusa alapján is: vannak echanikus és elektroos, digitális kijelzésű érlegek. A táraérleg forrás:tudasbazis.sulinet.hu A kéiai kísérletekhez szükséges anyagok töegeinek érésekor a pontosságtól függően kétféle érleget használunk. Az ún. táraérleg század gra pontosságú. Ez azt jelenti, hogy a graok ásodik tizedes jegyénél van az a pontatlanság, ai a konyhai érleg esetében ár a dekagraoknál. A "pontosan" 10 dkg sonkáról a konyhai érleg alapján tehát annyit tudunk, hogy 9-nél több és 11-nél kevesebb. A táraérlegen ért, pontosan 10 dkg-ot 100,00 g-nak kell feltüntetnünk. Erről ár annyit biztosan tudunk, hogy 99,99 g-nál több és 100,01 g-nál kevesebb. Ez sokszorta nagyobb pontosságot jelent. 6
Mechanikus táraérleg forrás: http://titan.physx.uszeged.hu/odszertan/viztorony/vitrin_2.php Digitális táraérleg A hagyoányos táraérleg kétoldalú, egyenlő karú érleg. Álló és lengő részei vannak. A érleg talpazatához van rögzítve a érlegtartó oszlop, aelyen a érlegkarok alátáasztási pontját helyezték el. A ozgó rész tartozékai a érleg karok a serpenyőkkel. A érlegkarra szerelve középen található a érleg utatója, ai egy skála előtt ozogva jelzi, hogy a érleg egyensúlyban van-e. A bal oldali serpenyőbe helyezzük a érendő anyagot, a jobb oldali serpenyőbe pedig hitelesített, isert töegű érősúlyokat teszünk, így egyenlítjük ki a érleget. Elektronikus űködésű, egy serpenyővel rendelkezik. Bekapcsolása után egvárjuk a kijelzőn egjelenő, a érési állapotot adó jelet, ajd ráhelyezzük a érendő tárgyat vagy anyagot és leolvassuk a ért töeget. Az elektronikus érlegek általában több funkciósak: A ráhelyezett tárgyakkal együtt nullázhatók, többféle értékegységben képesek kiírni a ért tárgy töegét stb. Az analitikai érleg forrás:tudasbazis.sulinet.hu Az ún. analitikai érleget nagyon pontos vizsgálatoknál, és általában kis töegek érésére használják. Ilyen érleggel a hajszálpontosan 10 dkg-os sonka 100,0000 g töegű lenne. Ekkora az analitikai érleghez képest elefánt éretű tárgyat azonban ár azért se érdees ilyen pontosan leérni, ert inden újabb érésnél biztosan ás töegértéket jelezne a készülék. Hogy iért? Ekkora ennyiségű húst kézzel vagy valailyen villával veszünk el és rakunk vissza. A űveletek közben a sonka nedvességéből, zsírtartalából valaennyi a kezünkre, illetve a villára tapad. Ezek több tized graos eltérést okozhatnak az újabb töegéréskor. Egy ekkora éretű száraz tárgy fogdosásakor pedig a kezünkről rátapadó zsiradék, szennyeződés iatt lenne ás a ért töeg. Az analitikai érleg 0,1 g pontossággal ér, de a érés közben igen gondosan kell eljárni, nehogy a érendő tárgyra kerülő szennyeződések eghaisítsák valódi töegét. 7
Mechanikus analitikai érleg forrás: http://www.antikregiseg.hu/kep Elvi felépítése a táraérlegéhez hasonló, de pontossága és érzékenysége nagyobb, eiatt üvegbúra védi a környezeti ártalaktól. Célszerű teperált helyiségben, falra rögzített konzolon elhelyezni. Ajtaját éréskor zárva kell tartani. A érendő tárgyat a bal serpenyőbe, a érősúlyokat 1 g-ig a jobb serpenyőbe helyezzük. A tört súlyokat cg nagyságig a jobb oldalon levő tárcsa forgatásával helyezzük rá. A érleg ne kerül egyensúlyi helyzetbe. A érlegtartó oszlop előtt látható egvilágított skálán olvasható le a pontosságnak egfelelő g érték. Digitális analitikai érleg Kéiai analitikai laboratóriuokban használt nagy pontosságú érleg. Fino szerkezetű, precíziós eszköz. Érzékenysége iatt üvegbúra védi. Kis töegek (általában axiu 100-200 g) nagyon pontos érésére alkalazzák. A digitális analitikai érlegekre is igaz, hogy jellezően több funkciós űszerek. forrás:vilaglex.hu Töegérési szabályok A érlegre a terhelhetőségénél nagyobb töegű terhet helyezni tilos! A érendő anyagot, vegyszert ne szabad közvetlenül a érleg serpenyőjébe tenni. A vegyszereket tiszta, száraz beérő edényben, óraüvegen vagy beérő csónakban érjük le. Folyadékokat csak zárható, cseppentős üvegedényben érhetünk. A érlegeken csak a érleg hőfokával azonos hőérsékletű anyagot szabad érni. Mérés előtt az eltérő hőérsékletű anyagot addig tartsuk szobahőérsékleten, aíg a érleg hőérsékletét fel ne veszi. Összetartozó éréseket indig ugyanazon a érlegen végezzünk el, így kivédhető a érleg esetleges hibája. Analitikai érlegen történő érés során a érleg inden ajtajának csukva kell lennie. Mérés után a érleget tisztán kell hagyni, az esetleges szennyeződéseket ecsettel vagy puha ruhával azonnal távolítsuk el. 8
Töegérési gyakorlatok 1. Aluíniu leez töegének eghatározása táraérlegen Mérje eg egy tiszta, száraz óraüveg töegét táraérlegen! Mérje eg az óraüveg és az aluíniu leez együttes töegét! Száolja ki a leez töegét! Mintafeladat: Az óraüveg töege: 23,49 g Az óraüveg és a leez töege: 31,00 g A leez töege: 31,00 g 23,49 g = 7,51 g 2. Aluíniu leez töegének eghatározása analitikai érlegen Mérje eg egy tiszta, száraz óraüveg töegét analitikai érlegen! Mérje eg az óraüveg és az aluíniu leez együttes töegét! Száolja ki a leez töegét! Mintafeladat: Az óraüveg töege: 31,2000 g Az óraüveg és a leez töege: 39,0023 g A leez töege: 39,0023g 31,0000 g = 7,8230 g 3. Szőlőszeek átlagos töegének eghatározása Mérje eg egy tiszta, száraz óraüveg töegét táraérlegen! Száolja eg, hogy hány szőlősze van egy fürtön! Mérje eg az óraüveg és a szőlőszeek együttes töegét! Száolja ki egy szőlősze átlagos töegét! Mintafeladat: Az óraüveg töege: 35,62 g Szőlőszeek száa: 13 db Az óraüveg és a szőlőszeek töege: 42,50 g A szőlőszeek töege: 42,50 g 35,62 g = 6,88 g 6,88 Egy darab szőlősze átlagos töege: = 0,529230769 0,53 g 13 4. Üveggolyók átlagos töegének eghatározása Helyezzen egy tiszta, száraz óraüveget a táraérlegre! Nullázza le (tárázza) a érleget! Tegyen az óraüvegre 2 üveggolyót és érje eg a töegét! Mérje eg így 4, 6, 20 db üveggolyó töegét! Minden érés esetén száoljon átlagos töeget! Eredényeit foglalja táblázatba! 9
Mérés sorszáa 1. 2. Golyók száa Golyók töege (g) Átlagos töeg (g) 10. 20 Ábrázolja a ért értékeket koordinátarendszerben! Mintafeladat: Mérés sorszáa Golyók száa Golyók töege (g) Átlagos töeg (g) 1. 2 3,02 1,51 2. 4 6,14 1,54 3. 6 9,36 1,56 4. 8 12,38 1,55 5. 10 15,50 1,55 6. 12 18,52 1,54 7. 14 21,56 1,54 8. 16 24,67 1,54 9. 18 27,78 1,54 10. 20 30,84 1,54 5. Átlagtöeg, szórás és terjedele eghatározása visszaéréssel Mérési adatsorok jellezéséhez az átlagon kívül azt is fontos iserni, hogy ezekhez viszonyítva hogyan helyezkednek el az adatok; azaz a szóródásukat. Ilyen szóródási utató a terjedele, a szórás és a korrigált tapasztalati szórás. 10
A terjedele a legnagyobb és legkisebb adat különbsége. A szórás a párhuzaos érési eredények közötti eltérések jellezésére használatos. Azt utatja eg, hogy egy halaz adatai ilyen értékben térnek el az átlagtól. A szórás eghatározásának lépései: 1. Kiszáítjuk az adatok átlagát. 2. Kiszáítjuk az adatok eltérését a szátani középtől (adat-átlag). 3. Vesszük ezeknek az eltéréseknek a négyzetét. 4. Kiszáítjuk ezeknek az eltérés négyzeteknek a szátani közepét. 5. Végül ebből négyzetgyököt vonunk. s ( x x ) 1 2 ( x x ) 2 n 2... ( x x ) n 2 n i 1 ( x x ) n i 2 A szórás pontos eghatározásához igen nagyszáú érés elvégzésére van szükség. A gyakorlatban erre többnyire nincs lehetőség, ezért kisebb (n < 20) száú adat esetén a korrigált tapasztalati szórást használjuk. Meghatározása csak a 4. lépésben és csak annyiban különbözik a szórásétól, hogy az eltérés négyzetek összegét eggyel kisebbel osztjuk, int aennyi a érési adatok száa. s 2 ( i 1 2 2 x x1 ) ( x x2 )... ( x xn ) n 1 n ( x x ) n 1 i 2 Mérje eg egy tiszta, száraz óraüveg töegét analitikai érlegen! Helyezzen az óraüvegre 10 db golyót (sörétet, gyufaszálat) és érje eg a töegét! Vegyen le egy golyót és érje eg a aradék töegét! Száolja ki a levett golyó töegét! Folytassa a töegérést a fent leírt ódon az utolsó golyóig! Eredényeit foglalja táblázatba! Mérés sorszáa Golyók száa 1. 10 2. 9 10. 11. 0 Óraüveg + golyók töege (g) Levett golyó töege (g) Száolja ki 1 db golyó átlagos töegét! Száolja ki a érés terjedelét! (A legnagyobb és legkisebb töeg különbsége) Száolja ki a korrigált tapasztalati szórást! Ehhez foglalja táblázatba az adatokat! 11
Mérés sorszáa 1. 10. Az átlagtól való eltérés Az eltérés négyzete A szóródási utatók értékegysége egegyezik a ért adatok értékegységével. Mintafeladat: Az óraüveg töege: 24,9870 g Mérés sorszáa Golyók száa Óraüveg + golyók töege (g) Levett golyó töege (g) 1. 10 37,3755 2. 9 36,1650 1,2105 3. 8 34,9166 1,2484 4. 7 33,6971 1,2195 5. 6 32,4500 1,2471 6. 5 31,2102 1,2398 7. 4 29,8999 1,3103 8. 3 28,6890 1,2109 9. 2 27,4760 1,2130 10. 1 26,2354 1,2406 11. 0 24,9870 1,2484 A10 darab golyó töege: 37,3755 g 24,9870 g =12,3885 g 1 db golyó átlagos töege: 12,3885 g/10 = 1,2389 g A érés terjedele: 1,3103 g 1,2105 g = 0,0998 g Mérés sorszáa Az átlagtól való eltérés 12 Az eltérés négyzete 1. 0,02835 0,0008037 2. 0,00955 0,0000912 3. 0,01935 0,0003744 4. 0,00825 0,0000681 5. 0,00095 0,0000009 6. 0,07145 0,0051051 7. 0,02795 0,0007812 8. 0,02585 0,0006682
A szórás: Mérés sorszáa s Az átlagtól való eltérés Az eltérés négyzete 9. 0,00175 0,0000031 10. 0,00955 0,0000912 A négyzetek összege: 0,0079871 0, 0079871 = 0,02979 0,0298 g 10 1 6. Hook nedvességtartalának eghatározása Mérje eg egy tiszta, száraz óraüveg töegét táraérlegen! Mérje eg a kapott nedves hook és az óraüveg együttes töegét! Tegye be csipesz használatával a nedves hookot tartalazó óraüveget a szárítószekrénybe! Szárítsa 20 percig 110 C-on! Csipesszel vegye ki a szárítószekrényből az óraüveget. Lehűlés után gyorsérlegen érje az óraüveg + hook töegét! Tegye vissza az óraüveget a szárítószekrénybe Szárítsa töegállandóságig a hookot! A szárítást és a töegérést addig kell isételni, íg az utolsó két érés között eltérés ne tapasztalható. Száolja ki a hook százalékos nedvességtartalát! Mintafeladat: Az óraüveg töege: 16,99 g Az óraüveg és a nedves hook töege: 26,33 g Az óraüveg és a száraz hook töege: 24,83 g A nedves hook töege: 26,33 g 16,99 g = 9,34 g A száraz hook töege: 24,83 g 16,99 g = 7,84 g A víz töege: 9,34 g 7,84 g = 1,50 g 1,50 A nedvességtartalo: 100 = 19,13% 7,84 7. Kristályvíztartalo eghatározása izzítótégely forrás: www.intersan.hu 1. Mérje eg egy tiszta, száraz izzítótégely töegét analitikai érlegen! 2. Mérjen a tégelybe analitikai érlegen kb. 1 g töegű kristályos réz-szulfátot! 3. Izzítsa a kék színű sót fehér színűre! 4. Exszikkátorban hűtse szobahőérsékletűre és érje eg a töegét! 5. Száolja ki a kristályos réz-szulfát kristályvíztartalát! Mintafeladat: Az izzítótégely töege: 23,4751 g Az izzítótégely és a kristályvizes só töege: 24,6219 g Az izzítótégely és a vízentes só töege: 24,2149 g M(CuSO 4 ) = 159,5 g/ol A beért kristályvizes só töege: 24,6219 g 23,4751 g = 1,1468 g 13
A vízentes só töege: 24,2149 g 23,4751 g = 0,7398 g A kristályvíz töege: 1,1468 g 0,7398 g = 0,4070 g A kristályvíz anyagennyisége: 0,4070 18 = 0,02261 ol A kristályvíz-tartalo: 159,5 0,02261 = 4,87 ol 0, 7398 8. Papír négyzetétertöegének eghatározása A papír egyik alapvető ipari és nyodai jellezője a papír vastagságának és sűrűségének szorzata, ait agyarul négyzetétertöegnek neveznek. Mértékegységét g/ 2 -ben adják eg. A szokásos irodai papír négyzetétertöege 80 g/ 2, egy A4-es lap töege tehát 5 g. Mérje eg vonalzóval ( pontossággal) az adott papírlap területének kiszáításához szükséges éreteket! Száolja ki a papírlap területét! Mérje eg a papírlap töegét táraérlegen! Száolja ki az adott inőségű papír 1,0000 2 -ének töegét! A papírlap kör alakú. A kör átérője: d = 138 = 0,138 A kör sugara: r = 2 d = 0,069 A papírlap területe A = r 2 π = 0,069 2 3,14 = 0,01496 2 A papírlap töege: 2,54 g 2,54 g A papír négyzetétertöege: = 169,8 g/ 2 170 g/ 2 2 2 1,496 10 14
Térfogatérés A térfogat az a térrész, ait a testek anyagukkal kitöltenek, a térből elfoglalnak. A térfogat az SI értékrendszer szerint száraztatott ennyiség. Száraztatása a hosszúságból történik. Jele: V Alapértékegysége: 3 (köbéter) 1 3 az 1 éter élhosszúságú kocka térfogata. Laboratóriui körülények között az 1 3 nagy értékegység, ezért a 3 -nél kisebb térfogategységeket használunk. A köbdeciéter a 3 ezredrésze (jele: d 3 ). Gyakran van szükségünk ég ennél is kisebb térfogategységre. Ilyen a köbcentiéter, ai a d 3 ezredrésze (jele: c 3 ). A térfogatérés értékegységei és a váltószáok: forrás:tudasbazis.sulinet.hu c 3 < d 3 < 3 10 3 10 3 Bár a térfogat szabványos értékegysége a köbéter, a köznapi életben a liter az elterjedtebb. 1 liter a térfogata az egy 1 kg töegű, kéiailag tiszta, 3,98 C-os víznek 101325 Pa nyoáson. A esékből, ondákból iserhetünk ég ezen kívül is száos űrértéket: akó, véka, gallon, pint. Ezek egy része ás országokban ég a is használatos. A liternek szokás tört részeit is egadni SI prefixuokkal, ezekkel kifejezve 1 liter = 10 deciliter (jele: dl = 100 centiliter, (jele: cl) = 1 000 illiliter, (jele: l) Többszörösei közül csak a hekto (100-szoros) előtagot szokás használni, az ennél nagyobb térfogatokat az SI alapegység köbéterrel fejezzük ki. Annak ellenére, hogy ásból száraztatjuk, égis 1 liter egközelítően azonos 1 köbdeciéterrel, így 1 köbcentiéter is azonos 1 illiliterrel. A térfogatot befolyásoló tényezők A testek töege független a érési helytől és a érési körülényektől. A testek térfogatáról indez ne ondható el, ert a térfogatot a érési körülények befolyásolják. A térfogatot befolyásoló paraéterek a hőérséklet és a nyoás. Az anyagok nagy része elegítéskor kitágul, hűtéskor összehúzódik. Ha tehát a térfogatot eg akarjuk érni, akkor azt a hőérsékletet is eg kell adni, aelyen a érést végezzük. A testek térfogatát általában szobahőérsékletre (20 C-ra) vonatkoztatjuk, így éréskor biztosítani kell ezt a hőérsékletet. A szilárd és folyékony halazállapotú anyagok gyakorlatilag összenyohatatlanok, a gázok azonban a nyoás változásával változtatják a térfogatukat. A térfogatot általában norál lég- 15
köri nyoáson (0,1 MPa) érjük. Szilárd és folyékony anyagok esetén a nyoás kisértékű változása nincs hatással a térfogatra, gázok esetén azonban a térfogat fordítottan arányos a nyoással (ha a hőérséklet közben ne változik). Szilárd anyagok térfogatának érése Szabályos alakú szilárd testek térfogatának eghatározása hosszúságéréssel történhet. Megérjük a szabályos test jellező éreteit, ajd kiszáítjuk a térfogatát. Szabálytalan alakú testek térfogatát erüléses ódszerrel határozhatjuk eg. Ehhez olyan folyadékot kell választanunk, aelyben a szilárd anyag ne oldódik. Ha a szilárd anyagot folyadékba ártjuk, akkor teljes erülésekor annyi folyadékot szorít ki, aennyi a saját térfogata. Ha egérjük a szilárd test által kiszorított folyadék térfogatát, akkor egkapjuk a saját térfogatát. Folyadékok térfogatának érése A folyadékok az edényt alulról felfelé egyenletesen töltik ki a térfogatuknak egfelelő értékben, felveszik az edény alakját és felszínük vízszintes. Ezek a tulajdonságok alkalassá teszik a folyadékokat arra, hogy térfogatukat erre a célra készített térfogatérő eszközzel érjük eg. A laboratóriui térfogatérő eszközök üvegből készültek és hitelesítettek (kalibráltak). Ez azt jelenti, hogy készítésükkor az edényen pontosan jelölték, hogy a kalibráció hőérsékletén (általában 20 C-on ) eddig kell az edényt folyadékkal egtölteni, vagy ennyi folyadékot kell belőle kivenni, hogy eghatározott térfogatú folyadékunk legyen. Ha a hitelesítés úgy történik, hogy az edényben levő folyadék térfogata pontos, akkor betöltésre kalibrált az eszköz. Aennyiben az eszközzel kiért térfogat a pontos, akkor kifolyásra kalibrált. Térfogatérő eszközök Mérőlobik A érőlobik a laboratóriui üvegedények egy típusa, aelyet az analitikai kéiában használnak pontos térfogatú illetve koncentrációjú oldatok készítésére. Általában üvegből, esetleg űanyagból készítik. Lapos fenekű, öblös hasú alja van, hosszú keskeny nyak kapcsolódik hozzá, ely ledugaszolható. A dugót üvegből vagy kéiailag ellenálló űanyagból készítik. A nyakon egyetlen gyűrű alakú vésett vagy festett jelzés van. A hasán feltüntetik a érőlobik térfogatát és kalibrációs hőérsékletét. A leggyakoribb éretek 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 és 2000 c 3 térfogatúak. Főleg isert térfogatú oldatok készítésére használják. Betöltésre kalibrált eszköz, jelre töltve a benne levő folyadék térfogata felel eg pontosan a hasára írt térfogatnak. 16
Pipetták A pipetták középen hengeresen vagy göbszerűen kiszélesedő, egyik végükön kihúzott üvegeszközök. Alakjuk és használatuk szerint két típusuk van: hasas és osztott pipetta. A hasas pipetta középső része kiöblösödik, alsó része elszűkülő végű, felül egyenletes keresztetszetű. Csak egy adott térfogatú folyadék kiérésére alkalas eszköz. Egy- és kétjelű kivitelben készül. http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/tereszettudoanyok/k eia/altalanos-keia/2/terfogat-es-surusegeroeszkozok/erolobik http://www.directindustry.it/prod/brand/pipettetarate-28307-458628.htl Egyjelű pipetta használatakor a felszívott és jelre állított folyadékot a pipettából teljesen kifolyatva, kétjelű pipetta esetén a két jel közötti ennyiségű folyadékot kifolyatva érjük ki az adott térfogatot. Az osztott pipetta (vagy érő pipetta) alakját tekintve abban különbözik a hasas pipettától, hogy kiöblösödő része hosszabb és egyenletes keresztetszetű. Használata különbözik abban, hogy több kisebb, tetszés szerinti térfogatrészletet érhetünk ki vele. Oldalán többnyire 0,1 c 3 -es beosztású skála található. A érés során először a felső jelig (nulláig) szívjuk fel a folyadékot, ajd a beosztáson követhetjük, hogy ekkora térfogatú folyadékot engedünk ki belőle. Egyre elterjedtebb az ún. autoata pipetta is. Ez cserélhető, kb. 10 c hosszúságú és 1 c átérőjű, végén beszűkített űanyag szívócsővel (pipetta-hegy) ellátott dugattyús egoldású eszköz, aely vagy adott térfogat kiérésére szolgál, vagy kisebb intervalluban (pl. 1-5 c 3 ) beállítható a kívánt folyadéktérfogat is. Pontossága kissé elarad a hagyoányos üveg eszközökétől, a gyorsaság és a kiváló isételhetőség azonban nagyon előnyös sorozatérések esetén, így jól helyettesíti az osztott-pipettát. A pipetták kifolyásra kalibrált eszközök, a belőlük kifolyatott folyadék térfogata felel eg pontosan a hasára írt térfogatnak. 17
Büretta A büretta általánosan használt alakjában egyenletes keresztetszetű, általában 1 c átérőjű, 10-25-50 c 3 össztérfogatú érőcső, lényegében az osztott pipettához hasonló eszköz, aelyet függőlegesen állványba fogva használunk. Az alul kissé beszűkített, egyenes, vagy eghajlított cső csiszolatos csappal elzárható. Felső, nyitott végén a folyadék betölthető. A büretta az össztérfogaton belül tetszőleges térfogatú folyadékrészletek pontos kiérésére, adagolására (cseppenként is) alkalas. Leggyakrabban az analitikában érőoldatok adagolására (térfogatos elezés) használják. A büretta is kifolyásra kalibrált eszköz, a belőle leengedett folyadék térfogata felel eg pontosan. Mérőhenger A érőhenger olyan talpas üveghenger, aelynek falán beosztás van. Az osztásról leolvasható, hogy a hengert egy adott jelig feltöltve ekkora térfogatú a benne lévő folyadék. A feltüntetett határig bárilyen ennyiségű folyadék érhető vele. A érőhenger ne túl pontos érőeszköz. Akkor használjuk, ha az anyag térfogatát elegendő csak közelítő pontossággal egadni. A érőhengert adott térfogatú oldószer, vagy oldat kiérésére használjuk. A laboratóriui sorozatéréseknél nagy segítséget jelentenek a tartályos folyadékadagoló eszközök, aelyek a folyadékot adagolófejjel ellátott üveg tartályban tárolják. Az adagolófej tulajdonképpen a fecskendőhöz hasonlóan űködik, a beállított térfogatú folyadék felszívását és kinyoását biztosítja. Pontossága kb. a érőhengerével egyezik eg, de az isételhetőség iatt használata a sorozatéréseknél előnyös. A térfogatérő eszközök csoportosítása kalibrációjuk és pontosságuk szerint kalibráció pontosság érőlobik betöltésre pontos pipetta kifolyásra pontos büretta kifolyásra pontos érőhenger kifolyásra kevésbé pontos 18
A térfogatérés szabályai A térfogatérő eszközöket elegíteni vagy erősen hűteni ne szabad. Csak olyan hőérsékleten használhatók és érnek pontosan, aelyre hitelesítve vannak. Az eszközöket tisztán, zsírentesen használjuk. Ez különösen fontos a térfogatérés esetén, ert a zsíros üveg falán cseppekben sok folyadék egtapad, és ez pontatlanná teszi a érést. Kifolyásra kalibrált eszközök leolvasásánál kb. 30 ásodpercig várni kell a falra tapadt folyadékréteg utánfolyása iatt. Kis keresztetszetű eszközök (pipetták, büretta) feltöltésénél ügyelni kell a buborékentességre. Egyjelű pipetta használata esetén tilos a végében aradó folyadék kifújása, kirázása. Minden térfogatérő eszközt függőlegesen tartva, szeagasságban olvassunk le! A folyadékok térfogatának pontos éréséhez elengedhetetlen a folyadékfelszín (eniszkusz) pontos beállítása. Mindig a eniszkusz közepét állítjuk a jelre. A eniszkusz A különböző folyadékok térfogatát érőhengerrel tudjuk egérni. A eniszkusz alakja iatt ne indegy, hogy elyik részét tekintjük a folyadék szintjének. A laboratóriui technikában egállapodás alapján érik eg a térfogatot. A beérésnél, illetve a szint leolvasásánál figyelnünk kell arra, hogy nedvesítő vagy ne nedvesítő folyadékról van-e szó. A színtelen és színes folyadékok leolvasása se azonos ódon történik. Folyadékoszlop agasságának leolvasása Nedvesítő, színtelen folyadékok esetében a eniszkusz alsó szintjét, íg színes folyadékoknál a felső szintjét vesszük figyelebe. Doború eniszkusznál a felszín teteje a érvadó. A leolvasásnál fontos, hogy elkerüljük az ún. parallaxis hibát. Ez a leolvasási hiba akkor áll elő, ha a szeünk nincs egy szintben a felszínnel. A parallaxis hiba forrás: http://tudasbazis.sulinet.hu Veszélyes anyagok, töény savak, érgek, illékony folyadékok pipettázására erülő pipettát, vagy pipettára húzható guilabdát használunk. A erülő pipettába ne szívjuk fel a folyadékot, hane egvárjuk, íg a folyadék a beerülő pipettába áralik, és a jelzés fölé nyoul. Ezután kissé kieelve ár közönséges pipettaként használható. 19
Térfogatérési gyakorlatok 1. Osztott pipetta csepptérfogatának eghatározása Töltse eg csapvízzel és állítsa jelre a pipettát! Cseppenként adagoljon ki belőle 50 cseppet! Olvassa le a kiengedett víz térfogatát! Száolja ki egy csepp víz átlagos térfogatát! Az eredényt norál alakban, c 3 -ben adja eg! Mintafeladat: Az 50 csepp térfogata: 1,9 c 3 Egy csepp térfogata: 1,9/50 = 3,8 10 2 c 3 2. Büretta csepptérfogatának eghatározása Töltse eg csapvízzel és állítsa jelre a bürettát! Cseppenként adagoljon ki belőle 5,00 c 3 -nyit! Száolja eg a cseppeket! Száolja ki egy csepp víz átlagos térfogatát! Az eredényt norál alakban, c 3 -ben adja eg! Mintafeladat: Az 5,00 c 3 térfogatban levő cseppek száa:134 Egy csepp térfogata: 5,00/134= 3,73 10 2 c 3 3. Vízcseppek sugarának eghatározása Osztott pipettát töltsön eg vízzel és állítsa jelre! Cseppentsen ki 30 cseppet és olvassa le a térfogatát! Száolja ki egy vízcsepp térfogatát! Száolja ki a vízcsepp sugarát! Az eredényt norál alakban, c-ben adja eg! Mintafeladat: A 30 csepp térfogata: 1,1 c 3 1, 1 Egy csepp térfogata: = 3,7 10 2 c 3 30 A göb térfogata: V 4r 3 3 3V A csepp sugara: r = 3 4 = 3 3 3, 7 10 4, 14 2 = 2,1 10 1 c 4. Mérés osztott pipettával Mérje le táraérlegen egy tiszta, száraz főzőpohár töegét! Csapvízzel töltsön eg és állítson jelre egy 10 c 3 -es pipettát! Mérjen a főzőpohárba 1 c 3 vizet és érje eg a töegét! 20