OKTATÁSI SEGÉDLET a Környezeti kémia és analitika I. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához I. éves Műszaki Környezeti szakmérnöki szakos hallgatók számára Készítette: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár DE-MK, Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék Debrecen, 2013.
Tartalomjegyzék ÁLTALÁNOS TUDNIVALÓK... 3 LABORATÓRIUMI MUNKAVÉDELMI ELŐÍRÁSOK... 4 ÁLTALÁNOS ELMÉLETI ALAPOK A FÉLÉVES GYAKORLATHOZ... 7 1. AZ ANALITIKAI MINTÁK TÖMEGÉNEK MÉRÉSE... 7 2. TITRIMETRIA... 8 1. ALKALOM... 14 SÓSAV MÉRŐOLDAT PONTOS KONCENTRÁCIÓJÁNAK MÉRÉSE ÉS IVÓVÍZ LÚGOSSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA SAV-BÁZIS TITRÁLÁSSAL... 14 2. ALKALOM... 233 EDTA-MÉRŐOLDAT KÉSZÍTÉSE ÉS PONTOS KONCENTRÁCIÓJÁNAK MEGHATÁROZÁSA... 233 Ca 2+ ÉS Mg 2+ -IONOK MEGHATÁROZÁSA EGYMÁS MELLETT KOMPLEXOMETRIÁSAN... 233 2
Környezeti kémia és analitika I. laboratóriumi gyakorlat Általános tudnivalók Heti óraszám: 1 óra, 5 hét x 1 óra, összesen: 5 óra. Tömbösítve 3+2 órás gyakorlatban az alábbi időpontokban: 2013. november 29. 9-12 óra, E218. Vízminőségvédelmi laboratórium 2013. december 13. 12-15 óra, E218. Vízminőségvédelmi laboratórium A gyakorlathoz a hallgatónak gondoskodnia kell az alábbi eszközökről: Köpeny, vegyszeres kanál, csipesz, alkoholos filctoll, számológép, jegyzőkönyv, törlőruha, gumikesztyű. Az oktatási segédlet felépítése: Ezen jegyzet rövid laboratóriumi munkavédelmi előírások és általános elméleti alapok után hetenként az alábbi bontásban tartalmazza a gyakorlat elvégzéséhez szükséges ismereteket: 1. A meghatározás elméleti alapjai 2. A feladatok leírása (receptúrális) 3. Mintaszámítások 4. Mintajegyzőkönyv A gyakorlat tematikája: 1. alkalom: Laboratóriumi munkavédelmi előírások (balesetvédelmi oktatás). Sav-bázis titrálások: Sósav mérőoldat pontos koncentrációjának mérése és ivóvíz lúgosságának meghatározása sav-bázis titrálással 2. alkalom: Komplexometriás titrálások: 1. EDTA-mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának meghatározása. 2. Ca 2+ és Mg 2+ -ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan Gyakorlathoz kapcsolódó, illetve felhasznált irodalom: Dr. Bodnár Ildikó: Oktatási segédlet az Általános kémia III. c. tantárgy laboratóriumi gyakorlatához. DE- MK, KVT, 2003-2013. Dr. Gajdáné Dr. Schrantz Krisztina, Károlyné Dr. Lakatos Andrea, Dr. Dombi András: MENNYISÉGI ANALITIKAI KÉMIAI GYAKORLATOK, SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék, MTA, Bioszervetlen Kémiai Kutatócsoport, oktatási segédlet, Szegedi Tudományegyetem. Dr. Schulek Elemér Dr. Szabó Zoltán László: A kvantitatív analitikai kémia elvi alapjai és módszerei, tankönyvkiadó, Bp., 1973. Előadásanyag és az előadáson készített jegyzet. A gyakorlatokon a megjelenés kötelező, hiányzást csak felmentés vagy orvosi igazolás esetén fogadunk el! Értékelés: Minden laboratóriumi gyakorlat előtt zárthelyi dolgozat formájában van számonkérés, az aznapi munkából. A zárthelyik érdemjegye, illetve a jegyzőkönyvekre kapott érdemjegy átlaga adja meg a gyakorlati jegyet. A gyakorlati jegy a félévközi jegy 1/3-a, illetve az aláírás feltétele. Aláírás megszerzésének feltétele: Minden gyakorlat előtt rövid zárthely dolgozat sikeres megírása, a laboratóriumi gyakorlatok elvégzése, a jegyzőkönyvek beadása és azok elfogadása. 3
Laboratóriumi munkavédelmi előírások Általános munka,- tűzvédelmi és rendészeti oktatási tematika hallgatók részére: A hallgató köteles: Egészsége és testi épsége érdekében a gyakorlati oktatáson a feladat ellátására alkalmas állapotban és ruházatban megjelenni. A feladat alkalmas állapot kizárja alkohol, kábítószer és gyógyszer kivéve orvosi kezelés, betegség miatti szakorvos által felügyelt gyógyszerszedés fogyasztását. A gyakorlati oktatás folyamán a hallgató csak olyan tevékenységet folytathat, amelyhez a gyakorlat vezetője hozzájárult, és a hallgató rendelkezik a feladat ellátásához szükséges munka és tűzvédelmi ismeretekkel. A gyakorlati oktatás folyamán a munkaterületen rendet és fegyelmet tartani. Védőfelszerelés használni. A gyakorlati oktatás folyamán a legkisebb sérülést, rosszullétet, megbetegedést köteles a gyakorlat vezetőjének azonnal jelenteni. A gyakorlati munka közben észlelt veszélyeket lehetősége szerint megszüntetni vagy ezirányú intézkedéseket tenni. Gyakorlati foglalkozás közben munkáját elvárható gondossággal, a munkájára vonatkozó szabályok, előírások és utasítások szerint végezni. Dohányozni csak a kijelölt dohányzóhelyeken szabad! A helyszínen és környékén (park, autóparkoló stb.) égő dohányneműt, cigarettacsikket, egyéb éghető anyagot kivétel kihelyezett hulladékgyűjtőkbe nem szabad eldobni. Hallgató társaival együttműködni és munkáját úgy végezni, hogy azzal más egészségét és testi épségét ne veszélyeztesse. A laboratórium területén (épület, szabad terek) található berendezések, eszközök, gépek állagát megóvni. Káresemény bekövetkezésekor a személyes felelősség megállapítása után az okozott kárt megtéríteni. A gyakorlatvezetők, témavezetők által ismertetett biztonsági szabályokat, utasításokat betartani (pl. labormunka). Hulladékot a kijelölt hulladéktárolókba eldobni. A laboratóriumban a hallgatóknak az alábbi biztonsági szabályokat kell ismerni és betartani: Vegyszerekkel történő munkavégzés, gyakorlati oktatás folyamán védőköpeny használata kötelező. A laboratóriumban mindig rendet és tisztaságot kell tartani. A munkaasztalon, polcon, hűtőszekrényben tűz és robbanásveszélyes anyagok nem maradhatnak. A laboratóriumi edényzet, felszerelés, kiömlött vegyszer, a felhasznált anyag hulladékát, vagy az elhanyagolt, rossz állapotban lévő felszerelést, mint veszélyforrást meg kell szüntetni. Laboratóriumban tartozódóknak ismerniük kell elektromos főkapcsoló, vészkikapcsoló, víz, gázcsapok elzárási helyeit. Fűtőtestre könnyen gyulladó, éghető anyagot elhelyezni nem szabad. 4
A laboratóriumokban a munkavégzéssel kapcsolatos iratokat, technológiai utasításokat ki kell függeszteni vagy könnyen hozzáférhető helyen kell tartani (pl. biztonsági adatlap). Repedt, hibás üveg eszközökkel (kémcső, lombik stb.) nem szabad dolgozni. Maró, mérgező és robbanásveszélyes gázt, gőzt fejlesztő munkafolyamatot kizárólag elszívó fülkében szabad végezni. Nem szabad olyan elszívó vegyi fülkében dolgozni, amelynek elszívása rossz vagy nem működik, ablaküvege törött, tolóajtaját nem lehet lehúzni vagy felnyitott formájában rögzíteni. A laboratóriumi munkahelyen (asztal, fülke) csak olyan vegyszer üvegei tárolhatóak, melyeknek a végzett munka közben állandóan kéznél kell lenniük. Szerves oldószert, tömény savat, mérgező anyagot, valamint szerves oldószerrel szennyezett mosóanyagot a csatornahálózatba önteni tilos. A laborgyakorlatok előtt a gyakorlatot vezető oktató által elmondott munka,- tűzvédelmi szabályokat betartani. Az éghető folyadékokkal kapcsolatos tűzvédelmi szabályok: A laboratóriumokban a kísérleti vegyi anyagokat, mérgeket csak az erre a célra rendszeresített robbanás biztos lemezszekrényben szabad elhelyezni. Mosóanyagból csak a munkavégzéshez szükséges mennyiséget szabad a helyszínen tartani. Tűz esetén szükséges teendők 1.1. Tűzjelzés Abban az esetben, ha bármely hallgató, tüzet vagy annak közvetlen veszélyét észleli vagy ezekről tudomást szerez, azonnal jelentse: - a gyakorlat vezetőjének, - az helyszín legközelebbi portaszolgálatára, - telefon keresztül: 105 (Tűzoltóság központi száma) 1.2. A tűzjelzésnek tartalmaznia kell a tűzeset pontos helyét, a létesítmény címet (helység, utca,) a tűz kiterjedését, a tűzben részt vevő anyagok fajtáját, információt a veszélyeztetett személyekről, további veszélyhelyzet kialakulásának lehetőségét, a jelzést adó nevét és a használt telefon számát. 1.3. Kiürítés A tűz által érintett épületrészek kiürítését és oltását haladéktalanul meg kell kezdeni. A kiürítést az épületek körüli területekre, illetve a főépület belső udvarára kivétel téli hónapok szükséges végrehajtani. 1.4. Tűz esetén tanúsítandó magatartás Tűz esetén, a tűz jelzésében, továbbá tűzoltási tevékenységben, a mentési munkákban amennyiben életveszéllyel nem jár minden állampolgár köteles a tőle elvárható módon részt venni és az alábbiak szerint cselekedni: 5
A környezetében lévő embereket és a portaszolgálatot a tűz észlelését követően riasztani. Életveszély esetén kezdje meg a veszélyeztetett személyek mentését, elsősegélyben részesítését és biztonságba helyezését. Rendelkezésére álló tűzoltó készülékekkel próbálja a tűz terjedését megakadályozni és a tűz oltását végezni. A kiérkező tűzoltók számára minden tűzeseménnyel kapcsolatos információt rendelkezésre bocsátani kiemelten a tűz helyére, kiterjedésére, emberélet veszélyezettségére vonatkozóan. Laboratóriumi tűz esetén a tennivalók sorrendje a következő: - emberélet mentése, - tűzjelzés, riasztás, kiürítés, - gázcsap elzárása, éghető anyag eltávolítása, - tűzoltás megkezdése. A balesetvédelmi oktatási anyag a munkavédelemről szóló 1993-ban elfogadott XCIII. törvény, a tűzvédelemről szóló 1996. XXXI. törvény és végrehajtási rendeletei alapján készült. 6
Általános elméleti alapok a féléves gyakorlathoz A klasszikus mennyiségi (kvantitatív) kémiai analízis során tömeg- és/vagy térfogatmérési műveletek összességéből álló eljárások mérési eredményeiből számítjuk ki a megfelelően előkészített vizsgálandó minta egy vagy több komponensének mennyiségét. 1. Az analitikai minták tömegének mérése Az analitikai munka során a mérendő anyag mennyiségétől és a mérés pontosságigényétől függően különféle érzékenységű mérlegeket használunk. A tömegmérés elvéről, a mérlegek különböző típusairól és azok használatáról különböző praktikumokban részletes leírás található, a következőkben csak az analitikai (0,1 mg) pontosságú mérést részletezzük. A mérések célja kétféle lehet: a.) ismeretlen tömeget kell pontosan lemérnünk, b.) gondosan előkészített anyagból kell meghatározott mennyiséget lemérnünk, ez a művelet az ún. bemérés. A mérés módja attól függ, milyen analitikai mérleg áll rendelkezésünkre. A gyakorlatok során a hallgatók digitális kijelzésű analitikai mérleget használnak. Ismeretlen tömeg mérésénél a mérleg bekapcsolása után megvárjuk amíg a kijelzőn a nulla érték megjelenik. Ezután a mérendő tárgyat a mérleg serpenyőjére helyezzük és a mérlegszekrény ajtaját becsukjuk. A kijelzőn megjelenik a mérendő tárgy tömege 0,1 mg pontossággal, amelyet az egyensúly beállta után a jegyzőkönyvbe feljegyzünk. Bemérésnél kétféle módon is eljárhatunk. Az egyik a visszaméréses módszer, amelyet akkor alkalmazhatunk, ha pl. pontos beméréssel készítünk mérőoldatot. Visszamérésnél a megfelelően előkészített anyagot csiszolatos fedelű bemérő-edényben tesszük a mérleg serpenyőjére. Az egyensúly beállta után a megfelelő gomb megnyomásával a mérleget letárázzuk. A kijelzőn a nulla érték jelenik meg, vagyis a további mérés során ezt tekintjük kiinduló állapotnak. A bemérő-edényből vegyszeres kanállal felemeljük a körülbelüli mennyiséget. A kijelzőn megjelenő negatív érték mutatja a mért anyagmennyiséget. A műveletet addig korrigáljuk (még veszünk a kanálra vagy visszaszórunk belőle), míg a kívánt érték meg nem jelenik a kijelzőn. A vegyszeres kanálon lévő anyagot veszteség nélkül átvisszük a megfelelő titráló vagy mérőlombikba, miközben desztillált vizes palackot használva vízben oldjuk. Analitikai pontossággal mérhetünk bemérő csónakban (1 g-nál kisebb tömegeket), vagy kisebb főzőpohárban is. A tiszta száraz edényt a mérlegre helyezzük és a mérleget letárázzuk. A mérlegről levéve kis részletekben rászórjuk a mérendő anyagot, majd az edényt visszahelyezzük a mérleg serpenyőjére és leolvassuk a bemért anyag tömegét. Ha a kívánt tömeget nem értük el, a hiányt pótoljuk. A bemérőcsónakból az anyagot tölcséren keresztül, veszteség nélkül mérőlombikba szórjuk, majd desztillált vízben oldjuk. 7
2. TITRIMETRIA Térfogatmérés és térfogatmérő eszközök A térfogat SI-egysége a köbméter (m 3 ). Gyakran használjuk még a köbdecimétert, 1 dm 3 = 10-3 m 3 és a köbcentimétert, 1 cm 3 = 10-6 m 3. A liter nem SI térfogategység, de használata megengedett. A folyadék térfogatát a laboratóriumban mérőhengerrel, mérőlombikkal, pipettával vagy bürettával mérjük. A mérőhengert (1. ábra) közelítő pontosságú mérésekhez használjuk. Leggyakrabban kitöltésre kalibrálják. Ez azt jelenti, hogy ha a mérőhengerbe annyi üveget nedvesítő folyadékot öntünk, hogy meniszkuszának (folyadékfelszín) alsó vízszintes része egy jellel éppen egybeesett, akkor a kiöntött folyadék térfogata a jelnek megfelelő térfogattal lesz azonos. 1. ábra A mérőhenger és a mérőlombik A mérőlombik (1. ábra) olyan, legtöbbször csiszolt üvegdugójú állólombik, amelynek keskeny, hosszú nyakán körkörös jel van. A mérőlombikot betöltésre kalibrálják. Ez azt jelenti, hogy pl. egy 50 cm 3, 20 C jelzésű mérőlombikba a jelig pontosan 50 cm 3 folyadék fér, ha a lombik hőmérséklete és természetesen a folyadéké is 20 C. A mérőlombikot adott koncentrációjú oldatok készítéséhez használjuk. A lemért mennyiségű anyagot a lombikba visszük és annyi vizet öntünk rá, hogy összerázáskor teljesen feloldódjék (rázáskor a lombikot még nem dugjuk be!). A lombik szűk nyaka miatt a szilárd anyag betöltése nehézkes, ezért legtöbbször úgy járunk el, hogy a lemért anyag oldatát (pl. a bemérőedényben vizet adva az anyaghoz) hiánytalanul a lombikba öntjük. Az oldatot ezután időnként megrázva a lombikot a jelig feltöltjük. Az utolsó cseppek betöltésekor a mérőlombikot nyakának felsővégén úgy tartjuk ujjaink között, hogy függőlegesen lógjon lefelé, és körkörös jele szemünkkel egy magasságban legyen. Ilyenkor a jel egyenes vonalnak látszik. A lombikot akkor töltöttük fel pontosan, ha a folyadék görbe felületének, meniszkuszának vízszintes része a jellel éppen egybeesik. Most dugjuk be a lombikot, és az oldatot le-fel forgatással jól összekeverjük. 8
A pipetták (2. ábra) meghatározott folyadéktérfogatok kimérésére szolgálnak. Ezeket kitöltésre kalibrálják. Ez azt jelenti, hogy pl. a 10 cm 3 20 C jelzésű pipettából kiengedett folyadék pontosan 10 cm 3, ha a hőmérséklet 20 C. A pipettában levő folyadék térfogata ugyanis annyival nagyobb 10 cm 3 -nél, amennyi a kifolyás után az üveg belső felületére tapadva marad. A pipetta megtöltésekor lassú szívással a nyakán lévő körkörös jel fölé szívjuk folyadékot, és a kissé nyirkos (nem vizes és nem is teljesen száraz) mutatóujjunkkal hirtelen befogjuk. A pipettát a folyadékból kiemeljük, alsó szárát kívülről tiszta szűrőpapírral megtöröljük, majd végét az edény falához érintve, a folyadékot a jelig leengedjük. Ilyenkor a pipettát a mérőlombik megtöltéséhez hasonlóan függőlegesen tartjuk úgy, hogy jele szemünkkel egy magasságban legyen. Kiürítéskor a pipetta végét a felfogó edény falához érintjük, és egyjelű pipetta esetén mutatóujjunkat felemeljük, majd a teljes kifolyás után még kb. 15 másodperc utánfolyási időt hagyunk. A pipetta kihúzott végében maradt cseppet nem fújjuk ki, hanem benne hagyjuk. 2. ábra Egyjelű hasas pipetta, kétjelű hasas pipetta, osztott pipetta, savpipetta Kétjelű vagy osztott pipetta kiürítésekor mutatóujjunkat csak kissé lazítjuk meg, és lassan engedjük le a folyadékot pontosan a megfelelő jelig. A kétjelű pipetta egyik előnye, hogy ha a vége lecsorbul, javítás után tovább használható, mert kalibrált térfogata a két jel közötti rész. Veszélyes anyagok, tömény savak, mérgek, illékony folyadékok pipettázására merülő pipettát, fecskendőt vagy pipettára húzható gumilabdát használunk. A merülő pipettába nem szívjuk fel a folyadékot, hanem megvárjuk, míg a folyadék a bemerülő pipettába beáramlik, és a jelzés fölé nyomul. Ezután kiemelve már közönséges pipettaként használható. Kis térfogatú veszélyes folyadékok pontos kimérésére az orvosi gyakorlatban is használatos műanyag fecskendő (a fémtű nélkül) is felhasználható (3. ábra). 9
3. ábra a) Cseppentő, b) Fecskendő, c) Gumilabda pipettához A szelepekkel ellátott gumilabdás pipetták egyik igen jól bevált típusa a 3. ábrán látható. A gumilabda alsó nyílásába szorosan beillesztjük a pipetta felső végét. Működése a következő: A 2-es jelzésű helyen összenyomva a gumi oldalcsövét, a benne levő levegő kiáramlik, az 1-esnél összenyomva felszívódik a bemérendő folyadék, 3-nál összenyomva a pipettából a folyadék kifolyik, amíg a nyomás tart. Illékony anyagok pipettázása után természetesen jól ki kell szellőztetni a gumilabda belsejét az 1 és 2 jelű helyen való ismételt összenyomással. Nagy, laboratóriumi felszereléseket gyártó cégek újabban olyan automata pipettákat hoznak forgalomba, melyeknél a felszívandó folyadék térfogata előre beállítható. Ilyen p1. a 4. ábrán látható digitális Finnpipetta, ennek működése a következő: Egy gomb forgatásával beállítjuk a kívánt térfogatot, mely a pipetta oldalán olvasható le. Ezután a gomb megnyomásával a levegőt kinyomjuk a pipettából, majd a pipetta végét a folyadékba mártva a gombot elengedjük. Ekkor a folyadékból a beállított térfogat felszívódik. A pipettát ekkor a felfogó edény fölé tartjuk és a gomb meg nyomásával az előre beállított térfogatú folyadék kifolyik. Erősebben megnyomva, az utánfolyásból származó utolsó csepp is lecsöpög. A végén a gombot elengedjük. 10
4. ábra Automata pipetta (digitális Finnpipetta) A cseppek száma is meghatározza nagyjából a folyadék mennyiségét. Ez azonban csak közelítő mérési mód, mert a csepp mérete a folyadék anyagi minőségétől, valamint a cseppentő alakjától is függ. Csepegtető kapillárist üvegcsőből magunk is készíthetünk (3. ábra). Ezt úgy használjuk, mint a pipettát. A cseppentők használata kényelmesebb, ha végüket cseppentőgumival zárjuk el. A gumisapkát összenyomva a levegő egy része kiszorul. Ha ezután a cseppentő végét a folyadékba állítjuk, és a gumisapkát elengedjük, a folyadék a cseppentőbe nyomul, ahonnan azt a gumisapka fokozatos összenyomásával cseppenthetjük ki. A büretta (5. ábra) alul csappal elzárható, egyenletes keresztmetszetű beosztott cső, amelyet kitöltésre kalibrálnak. Használatkor függőlegesen állványba fogjuk. A bürettát alul, közel a hajlathoz fogjuk a fogóba, majd megtöltjük, ügyelve arra, hogy a csap furatában levegőbuborék ne maradjon. Ezután leengedjük az oldatot nulláig, a csap végén maradt cseppet érintéssel eltávolítjuk, és a kívánt térfogatú oldatot az edénybe engedjük. A büretta használatakor is időt kell hagyni az utánfolyásra, vagy pedig lassan, cseppenként kell a folyadékot leengedni. 5. ábra a) Büretta, b) Automata büretta 11
Az automata büretta (5. ábra) a mérőoldatot tartalmazó üvegre csiszolatos feltéttel csatlakozik, és feltöltése gumilabda segítségével történik. A felső nívó, a meniszkusz automatikusan áll be, mert a pumpálás megszüntetésével a beforrasztott szivornya a nulla osztás fölött oldatot automatikusan leszívja. A térfogatmérő eszközökkel csak akkor mérhetünk pontosan, ha azok tiszták. A tiszta üvegfelületet a víz egyenletesen nedvesíti. Mérhetetlenül kis mennyiségű zsír hatására a víz már egyenlőtlenül nedvesít, a falon folyadékcseppek maradnak. Tehát a zsíros üvegeszközöket megfelelő kezelésnek kell alávetni. Nem szabad a térfogatmérő üvegeszközöket erősebben felmelegíteni, mert lehűlve csak nagyon soká nyerik vissza eredeti térfogatukat. Ha nagyon pontosan akarunk mérni, magunk is kalibrálhatjuk a térfogatmérő eszközöket, vagyis pontosan megmérjük pl. a mérőlombikba férő vagy a pipettából kifolyatható folyadék tényleges térfogatát. A titrálás elvi alapjai A titrálás célja ismeretlen töménységű oldat koncentrációjának a meghatározása. A meghatározandó anyag ismert mennyiségű oldatához ismert koncentrációjú mérőoldatot adunk bürettából, fokozatosan, míg az maradék nélkül át nem alakul. Ez az ekvivalencia pontban következik be, ekkor a hozzáadott reagens mennyisége egyenértékű a mérendő alkotó mennyiségével. Az egyenértékpontot az indikátorok színváltozása jelzi egyszerűbb esetekben. A gyakorlatban végpontjelzésről beszélünk, az alkalmazott módszer ugyanis nem feltétlenül pontosan az egyenértékpontban jelez. A térfogatok és a mérőoldat koncentrációjának ismeretében kiszámítjuk a vizsgált minta koncentrációját. 6. ábra Titrálás A térfogatos elemzéshez olyan reakcióra van szükség, amelyek: szigorúan sztöchiometrikusak, gyorsan (pillanatszerűen) egyensúlyra vezetnek, és egyensúlyuk a kívánt irányba el van tolva. A kémiai folyamat (illetve az egyensúly) típusa szerint beszélünk: sav-bázis komplexometriás redoxi-reakciókon alapuló és csapadékos titrálásokról. A végpontjelzés lehet: Kémiai végpontjezés: ekkor az egyenértékpontban vagy annak közelében látható változást (rendszerint színváltozást) mutat a reakcióelegybe kis mennyiségben bevitt indikátor (jelzőfesték), esetleg valamelyik reaktáns. Az indikátor reakciója rendszerint hasonló jellegű, mint maga a titrálási folyamat. 12
Műszeres végpontjelzés: valamilyen fizikai vagy fizikai-kémiai jellemzőt (pl. elektromos vezetést) követünk a reakcióelegyben és ennek változása alapján állapítjuk meg a végpontot. A végpontjelzés egyszerűbb módon, szín-indikátorok alkalmazásával végezhető el. Pl. a savbázis indikátorok: szerves bázisok vagy szerves savak, melyek protonfelvétel illetve leadás közben színüket megváltoztatják. A mérőoldatok koncentrációját bizonyos esetekben a pontos bemérésből kapjuk meg. Többnyire azonban a reagens vagy az oldat instabilitása miatt a valóságos koncentrációt külön meg kell határozni. Ez úgy történik, hogy a mérőoldattal egy pontosan ismert összetételű és mennyiségű anyag (standardizálandó alapanyag, titeranyag) oldatát titráljuk meg, ezt a hatóérték megállapításának, faktorozásnak nevezik. Az utóbbi kifejezés onnan származik, hogy a mérőoldatok valóságos koncentrációját (c m ) szokás a névleges koncentráció (c n ) és egy faktor (f) szorzataként felírni: c m = c n. f Előfordul, hogy a mérendő anyag reakciója a mérőoldatban adagolt reagenssel nem felel meg mindegyik említett követelménynek (pl. nem elég gyors a reakció), vagy nincs jó végpontjelzési módszer. Ilyenkor a mérendő anyagot gyakran feleslegben alkalmazott, pontosan ismert mennyiségű mérőoldattal reagáltatjuk, majd a reagens fölöslegét egy segéd-mérőoldattal titráljuk meg ez a visszatitrálás. Más esetekben, ha a mérendő komponens a mérőoldatban lévő reagenssel közvetlenül nem (vagy nem megfelelően) reagál, először kémiai reakcióval állíthatunk elő a mérendővel egyenértékű mennyiségben egy jól reagáló anyagot, és azt titráljuk. Az ilyen eljárásokat közvetett titrálásnak nevezzük. A jól definiált titrálási reakcióknak köszönhetően a térfogatos elemzéssel igen megbízható eredményeket kaphatunk. A megengedett relatív hiba: 0,1 % nagyságrendű. A térfogatos meghatározás folyamatait grafikusan logaritmikus egyensúlyi diagramokon és titrálási görbéken szokás megjeleníteni. A logaritmikus transzformáció előnye az, hogy széles tartományban lineáris függvények írják le a koncentrációkat. Titrálási hiba: A titrálás során elkövetett hiba abból adódik, hogy a titrálás végpontja nem egyezik meg az egyenértékponttal. Az ok kétféle lehet: Az indikátor nem az egyenértékpontban vált színt (indikátorhiba, módszeres hiba) A végpont észlelés bizonytalansága miatt nem titrálunk minden egyes titrálás során ugyanaddig a ph értékig (véletlen hiba) A színindikátorral történő végpont-meghatározás hibája általában: 0,5 ph. 13
1. alkalom Sósav mérőoldat pontos koncentrációjának mérése és ivóvíz lúgosságának meghatározása sav-bázis titrálással 1. A meghatározás elvi alapjai SAV-BÁZIS TITRÁLÁSOK A sav-bázis titrálások célja a különböző erősségű savak és bázisok koncentrációjának meghatározása megfelelő lúg illetve sav mérőoldattal. A savak protont adnak le. Legegyszerűbb képviselőik: Savak: HCl (sósav), H 2 SO 4 (kénsav), HNO 3 (salétromsav), H 3 PO 4 (foszforsav), H 2 CO 3 (szénsav), CH 3 COOH (ecetsav) A bázisok protont vesznek fel. Néhány példa bázisokra: NaOH (nátrium-hidroxid), KOH (kálium-hidroxid), NH 3 (ammónia) A sav-bázis titrálások során a savak reakcióba lépnek a bázisokkal és sókat képeznek. Példa sav-bázis titrálásokra (reakciókra): NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (1) 2 NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O (2) 3 NaOH + H 3 PO 4 = Na 3 PO 4 + 3 H 2 O (3) NaOH + CH 3 COOH = CH 3 COONa + H 2 O (4) A sav-bázis titráláskor az ekvivalenciapont semleges, savas és lúgos tartományba eshet. Ha erős savat erős bázissal titrálunk, akkor az ekvivalencia pont ph= 7 nél érjük el. (pl. 1, 2). Az erős savak és bázisok tejes mértékben ionjaira bomlanak. Ha erős bázist gyenge savval titrálunk, akkor az ekvivalenciapont a lúgos tartományban van. (pl. 4) Ha erős savat gyenge bázissal titrálunk, akkor az ekvivalenciapont savas tartományban van. A sav-bázis reakciók követésére sav-bázis indikátorokat használhatunk. A sav-bázis indikátorok olyan anyagok, melyek a ph-tól függően színüket reverzibilis módon megváltoztatják. A titráláshoz mindig olyan indikátorokat kell keresni, melyek színátcsapási tartománya az ekvivalencia ponthoz közel esik. 14
A legfontosabb sav-bázis indikátorok: Metil-narancs: (Dimetilaminoazobenzol-szulfonsav nátrium sója): Lúgos közegben sárga, erősen savas közegben piros színű az átcsapási tartományban pedig hagymahéj színű. A metil-narancs indikátor átcsapási tartománya ph = 3,1-4,4 között van. A metil-nararcs indikátor színváltozásai Metil-vörös: Hasonlóan az előző indikátorhoz lúgos közegben sárga, savas közegben piros színű az átcsapási tartományban pedig hagymahéj színű. A metil-vörös indikátor átcsapási tartománya ph = 4,2-6,2 között van. Fenolftalein: indikátor sav Erősen lúgos közegben ciklámen színű, savas közegben pedig színtelen. A fenolftalein indikátor átcsapási tartománya ph = 8-9,8 között van. A fenolftalein indikátor színváltozásai Az indikátorokat színváltozásuk alapján a következőképpen csoportosíthatjuk: Egyszínű indikátorok az átcsapási tartományuk egyik oldalán színesek a másikon színtelenek (pl.: fenolftalein). Alkalmazása esetén az észlelhető szín megjelenéséhez, vagy eltűnéséhez tartozó ph érték az indikátor koncentrációjától is függ. A kétszínű indikátorok az átcsapási tartomány két oldalán más-más színűek. Ilyen pl. a metil-narancs és a metil-vörös indikátor. LÚGOSSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA SAV-BÁZIS TITRÁLÁSSAL Vizek lúgosságát lúgosan hidrolizáló sók és bázisok okozzák. A lúgosságot erős sav mérőoldattal, titrálással határozzuk meg. Megkülönböztetünk Összes lúgosságot és szabad lúgosságot. Az összes lúgosság (p ) kifejezi, hogy 1 dm 3 vízmintához, hány mmol HCl-t kell adnunk, hogy elérjük a ph = 4,5 ös értéket. A szabad lúgosság (m ) pedig kifejezi, hogy 1 dm 3 vízmintához, hány mmol HCl szükséges ahhoz, hogy elérjük a ph = 8,3 as értéket. 15
A természetes vizeknél a lúgosságot rendszerint az alkáli és alkáli-földfémhidrogénkarbonátok okozzák. Ebben az esetben a víz ph értéke általában 8,3 alatt van., így a szabad lúgosság nulla. Ipari vizeknél előfordul, hogy az oldott karbonátok és hidroxidok a ph értékét 8,3-nál nagyobbra növelik., ekkor az összes lúgosság mellett a szabad lúgosság is mérhető Példák: Egy ipari vízminta ph-ja 8,9. Sósav hozzáadásával a ph 8,3-ra csökkenthető, tehát ennek a vízmintának van mérhető szabad lúgossága Egy természetes vízminta ph-ja 7,3. Sósav hozzáadásával a ph csökken és mivel a minta ph-ja már eredetileg is 8,3 alatt van, ennek a mintának csak az összes lúgossága mérhető, a szabad lúgosság pedig nulla. Ebből a lúgosságból az alábbi táblázat alapján számíthatunk a hidrogén-karbonát ion, karbonát-ion és hidroxil-ion tartalmat: A lúgosság mérésből számítható iontartalmak A titrálás eredménye Hidroxil-ion mmol/l Karbonát ion (0,5 CO 2-3 ) mmol/l Hidrogén-karbonát ion mmol/l p=0 0 0 m p 0,5 m 0 2p m-2p p=0,5 m 0 2p 0 p 0,5 m 2p-m 2(m-p) 0 p=m m 0 0 16
2. Feladat: A.) A 0,1 mol/dm 3 sósav-oldat pontos koncentrációjának meghatározása: Mérjen be analitikai mérlegen 0,1-0,2 g KHCO 3 -at Erlenmeyer-lombikba és oldja fel kb. 50 cm 3 ionmentes vízzel! Titrálja meg 0,1 mol/dm 3 névleges koncentrációjú sósavmérőoldattal metil-narancs indikátor jelenlétében! 3 párhuzamos mérést végezzen! Írja be a jegyzőkönyvbe a KHCO 3 -tömegeket, a HCl-oldat fogyásokat, számítsa ki és adja meg a HCl-mérőoldat pontos koncentrációját mol/dm 3 -ben! B.) Ivóvíz lúgosságának meghatározása sav-bázis titrálással: A vizsgálandó vízmintából készítsen 1000 cm 3 törzsoldatot! 100 cm 3 vízmintához adjon 2 csepp fenolftalein indikátort és 0,1 mol/dm 3 ismert koncentrációjú sósav-mérőoldattal titrálja színtelenre! (V 1 ) Majd ezután ehhez a színtelenre titrált vízmintához adjon 2 csepp metil-narancs indikátort és 0,1 mol/dm 3 ismert koncentrációjú sósav-mérőoldattal titrálja tovább hagymahéj színűre (V 2 )! V 2 fogyás már tartalmazza az előző titrálás fogyását, ezért V 2 V 1. 0 V 1 : szabad lúgosság (p ) Színek: rózsaszínből színtelenig titrálunk, ha a kiindulási oldat színtelen a szabad lúgosság értéke 0! 0 V 2 : összes lúgosság (m ) Színek: sárgából hagymahéj színig titrálunk! Az eredményt mmol/dm 3 -ben adja meg! A lúgosság értékekből az alábbi táblázat alapján határozza meg a hidrogén-karbonát ion, karbonát-ion és hidroxil-ion tartalmat: A lúgosság mérésből számítható iontartalmak A titrálás eredménye Hidroxil-ion mmol/l Karbonát ion (0,5 CO 2-3 ) mmol/l Hidrogén-karbonát ion mmol/l p=0 0 0 m p 0,5 m 0 2p m-2p p=0,5 m 0 2p 0 p 0,5 m 2p-m 2(m-p) 0 p=m m 0 0 Tartsa be a munka- és balesetvédelmi előírásokat! Szükséges eszközök/hallgatónként Szükséges vegyszerek 3 db 250 ml-es Erlenmeyer lombik Kálium-hidrogénkarbonát, KHCO 3 Büretta állvánnyal 0,1 mol/dm 3 HCl-oldat 2 db főzőpohár Fenolftalein indikátor 1 mérőhenger Metil-narancs indikátor 1 db desztillált vizes flakon 1 db 1000 ml-es mérőlombik az ismeretlennek 1 db 100 ml-es hasas pipetta 17
3. A gyakorlathoz kapcsolódó számítási feladatok: 1. A sósav-oldat pontos koncentrációjának meghatározása: A meghatározás kálium-hidrogénkarbonátra történik, az alábbiak szerint: Mérési adatok: A bemért KHCO 3 tömege: m = 0,1236 g A HCl-oldat átlag-fogyása: V HCl = 9,60 cm 3 Reakcióegyenlet: KHCO 3 + HCl = KCl + CO 2 + H 2 O A KHCO 3 anyagmennyisége: n KHCO3 = m/m = 0,1236 g / 100,12 g/mol = 1,2345 x 10-3 mol A reakcióegyenlet alapján: 1 mol KHCO 3 arányos 1 mol HCl 1,2345 x 10-3 mol KHCO 3 arányos 1,2345 x 10-3 mol HCl 9,60 cm 3 HCl-oldatban van 1,2345 x 10-3 mol HCl 1000 cm 3 HCl-oldatban van x mol HCl x = (1000/9,60) x 1,2345 x 10-3 = 0,1286 mol HCl Tehát a HCl-oldat pontos koncentrációja: c HCl = 0,1286 mol/dm 3. 18
2. A lúgosság meghatározása: Mérési adatok: A vizsgált vízminta térfogata: V víz = 100,00 cm 3 A HCl-oldat koncentrációja: c HCl = 0,1286 mol/dm 3 A HCl-oldat átlag-fogyása szabad lúgosságra (fenolftalein): V HCl = 8,40 cm 3 A HCl-oldat átlag-fogyása összes lúgosságra (metil-narancs): V HCl = 15,40 cm 3 a.) Szabad lúgosság (fenolftalein-lúgosság) meghatározása: 1000 cm 3 oldatban van 0,1286 mol HCl 8,40 cm 3 oldatban pedig x mol HCl A vizsgált víz részletre: x = (8,40/1000) x 0,1286 = 1,0802 x 10-3 mol HCl 1 mol sav 1 mol lúgot mér, így 1,0802 x 10-3 mol HCl 1,0802 x 10-3 mol lúgot mér 100,00 cm 3 vízben van 1,0802 x 10-3 mol lúg 1000 cm 3 vízben van x mol lúg x = (1000/100) x 1,0802 x 10-3 = 1,0802 x 10-2 mol = 10,802 mmol lúg Tehát a szabad lúgosság értéke: p = 10,802 mmol/dm 3 b.) Összes lúgosság (metil-narancs-lúgosság) meghatározása: 1000 cm 3 oldatban van 0,1286 mol HCl 15,40 cm 3 oldatban pedig x mol HCl x = (15,40/1000) x 0,1286 = 1,9804 x 10-3 mol HCl 1 mol sav 1 mol lúgot mér, így 1,9804 x 10-3 mol HCl 1,9804 x 10-3 mol lúgot mér A vizsgált víz részletre: 100,00 cm 3 vízben van 1,9804 x 10-3 mol lúg 1000 cm 3 vízben van x mol lúg x = (1000/100) x 1,0802 x 10-3 = 1,9804 x 10-2 mol = 19,804 mmol lúg Tehát az összes lúgosság értéke: m = 19,804 mmol/dm 3 19
4. Jegyzőkönyv-minta: Név: Évfolyam, szak: Dátum:... Sósav mérőoldat pontos koncentrációjának mérése és ivóvíz lúgosságának meghatározása sav-bázis titrálással 1. A sósav mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása: a.) Mérési adatok: m KHCO3 (g) V HCl (cm 3 ) C HCl (mol/dm 3 ) Átlag c HCl (mol/dm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. b.) A HCl-mérőoldat koncentrációjának kiszámítása: M KHCO 3 = 100,12 g/mol Reakcióegyenlet: c.) Eredmény: Tehát a HCl-mérőoldat koncentrációja:.mol/dm 3. 20
2. Ivóvíz lúgosságának meghatározása sav-bázis titrálással: A HCl-mérőoldat koncentrációja:.mol/dm 3. Ivóvíz törzsoldat térfogata: 1000,00 cm 3 Titrált részletek térfogata: 100,00 cm 3 2.1. Szabad lúgosság (p ) meghatározása: a.) Mérési adatok: V HCl (cm 3 ) Átlag V HCl (cm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. b.) A szabad lúgosság (p ) kiszámítása: c.) Eredmény: Tehát a szabad lúgosság (p ):.mmol/dm 3. 2.2. Összes lúgosság (m ) meghatározása: a.) Mérési adatok: V HCl (cm 3 ) Átlag V HCl (cm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. b.) Az összes lúgosság (m ) kiszámítása: c.) Eredmény: Tehát az összes lúgosság (m ):.mmol/dm 3. 21
A lúgosság értékekből az alábbi táblázat alapján határozza meg a hidrogén-karbonát ion, karbonát-ion és hidroxil-ion tartalmat: A lúgosság mérésből számítható iontartalmak A titrálás eredménye Hidroxil-ion mmol/l Karbonát ion (0,5 CO 2-3 ) mmol/l Hidrogén-karbonát ion mmol/l p=0 0 0 m p 0,5 m 0 2p m-2p p=0,5 m 0 2p 0 p 0,5 m 2p-m 2(m-p) 0 p=m m 0 0 A titrálás eredménye Hidroxil-ion mmol/l Karbonát ion (CO 3 2- ) mmol/l Hidrogén-karbonát ion mmol/l 22
2. alkalom EDTA-mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának meghatározása Ca 2+ és Mg 2+ -ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan 1. A meghatározás elvi alapjai KOMPLEXOMETRIÁS TITRÁLÁSOK A mérés során komplex vegyületek képződnek. Ezek olyan vegyületek, melyekben egy fémion koordinatív kovalens kötést hoz létre nem kötő elektronpárokat tartalmazó ionokkal vagy molekulákkal. A komplexometriás titrálás során fém-ionok mennyiségét határozzuk meg. Mérőoldatként EDTA oldatot használunk (etilén-diamin-tetraacetát). Ez olyan molekula, mely hat olyan nemkötő elektronpárt tartalmaz (hatfogú kelát), amelyeken keresztül kapcsolódik a fém ionhoz. Az etilén-diamin-tetraecetsav képlete Az EDTA molekula a fémionokkal igen nagy stabilitású 1:1 összetételű komplexet képez. Komplexképzés esetén a ligandum hat donor atomja a központi fémion körül oktaéder csúcsokon helyezkedik el. Az etilén-diamin-tetraacetát ion fémekkel képzett komplexeinek szerkezete 23
Az EDTA-mérőoldatot (a kereskedelmi forgalomba Komplexon III, vagy Selecton B 2 néven kerülő) etilén-diamin-tetraecetsav két kristályvizet tartalmazó dinátrium sójának bemérésével készítjük. A szilárd vegyszerekből nem készíthető pontos koncentrációjú oldat, mert azok enyhén nedvszívó és nem mindig sztöchiometrikus összetételűek. Ezért az oldat pontos koncentrációját titrálással kell meghatározni. (befaktorozni). A hatóérték meghatározásához alkalmasan megválasztott fémsó- (pl. Zn 2+, Mg 2+, Pb 2+ )-oldatot használunk. Kémiai végpontjelzés: A komplexometriás titrálásokhoz fémindikátorokat használunk. Ezek szerves molekulák, amelyek maguk is komplexképző anyagok és szabad formájuk színe a fémkomplexétől eltér. A titrálás kezdetén az oldatban az indikátor fémionnal alkotott komplexének a színe látható. Az indikátorkomplex azonban kevésbé stabil, mint a fémionok EDTA-ionokkal képzett komplexe. Így az EDTA oldat adagolásával, miután elfogynak az oldatban lévő szabad fémionok, a komplex kötésben lévő fémionok inkább az EDTA molekulához kötődnek hátrahagyva az indikátor molekulákat. Az oldat színét a szabad indikátor molekulák és az fém-indikátorkomplexek aránya adja. Ekvivalencia pontban az oldatban már csak fémion-edta komplexek vannak és szabad indikátor molekulák. Ezért ezeknél a titrálásoknál nem az átmeneti színig, hanem színállandóságig titrálunk. A szabad indikátormolekuláknak egyébként általában sav-bázis funkciójuk is van, így különböző kémhatású közegekben más-más színűek. Az EDTA-komplex látszólagos stabilitási állandójának ph-függése mellett ezért is fontos a ph beállítása. Ca 2+ és Mg 2+ -ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan Komplexometriás titrálás segítségével meghatározható egy oldat kalcium és magnézium-ion tartalma. Kalcium ionok meghatározásakor EDTA mérőoldattal titrálunk és murexid indikátort használunk. A titrálás során Ca-EDTA komplex vegyület képződik. A titrálás megkezdése előtt biztosítanunk kell, hogy az oldat ph-ja 12-nél magasabb legyen. Ennél a ph-nál ugyanis az EDTA csak a kalcium ionokkal képez komplexet. Az oldat színe pirosból lila színre változik. Színállandóságig titrálunk. 24
Kalcium és magnézium ionok együttes meghatározása szintén EDTA mérőoldattal történik. Ekkor eriokróm-fekete T indikátort használunk. A titrálás során Ca-EDTA és Mg-EDTA komplex vegyület képződik. A titrálás megkezdése előtt biztosítanunk kell, hogy az oldat ph-ja 10 körül legyen. Az oldat színe lilából égszínkékre változik. Színállandóságig titrálunk. 2. A feladatok leírása: 2.1. EDTA-mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának meghatározása A. EDTA-mérőoldat készítése Feladat: 250 ml 0,01 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatot készítünk szilárd Na 2 EDTA. 2 H 2 O- ból. Az oldatkészítés menete: A szükséges mennyiségű EDTA-át analitikai mérlegen bemérjük (M Na2EDTA. 2 H2O = 372,25 g/mol). A bemért anyagot 250 ml-es mérőlombikba mossuk tölcsér segítségével. A mérőlombikot desztillált vízzel jelre töltjük. Az elkészített oldatot homogenizáljuk. Szükséges eszközök, vegyszerek: 250 ml-es mérőlombik dugóval Tölcsér Na 2 EDTA. 2 H 2 O Desztillált víz A jegyzőkönyvben rögzíteni kell: A feladat rövid leírása. Az oldatkészítés menete. A mérési eredmények és számítások. Figyelem! Az A. feladatrészt a gyakorlatvezetők előkészítik, a hallgatónak nem kell a mérőoldatot elkészítenie, de a számítás menetét és az oldatkészítés lépéseit a jegyzőkönyvében rögzíteni kell! 25
B. EDTA-mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása Feladat: Az előkészített EDTA-mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása A pontos koncentráció meghatározásának menete: A 0,01 mol/ dm 3 MgSO 4 oldatból 10,00 cm 3 -t titráló lombikba pipettázunk. Hozzáadunk 5 cm 3 NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldatot, és 0,1 g Eriokróm-fekete T indikátort és 50 cm 3 desztillált vizet. A bürettát az EDTA-mérőoldattal feltöltjük. Az oldatot addig titráljuk, amíg lilából égszínkékbe és a szín már tovább nem változik. A fogyást feljegyezzük, 5 párhuzamos mérést végzünk. A jegyzőkönyvben rögzíteni kell: A feladat rövid leírása. A meghatározás menete. A mérési eredmények és számítások. Tartsa be a munka- és balesetvédelmi előírásokat! Szükséges eszközök/hallgatónként Szükséges vegyszerek 3 db 250 ml-es Erlenmeyer lombik 0,01 mol/dm 3 MgSO 4 -oldat Büretta állvánnyal 0,01 mol/dm 3 EDTA-mérőoldat 2 db főzőpohár NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldat 1 mérőhenger Eriokróm-fekete T indikátor 1 db desztillált vizes flakon 1 db 10 ml-es hasas pipetta 26
2.2. Ca 2+ és Mg 2+ -ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan Feladat: Kálcium- és magnézium-ionok egymás melletti meghatározása 0,01 mólos EDTAmérőoldattal. (M Ca2+ = 40,08 g/mol, M Mg2+ = 24,32 g/mol). A pontos koncentráció meghatározásának menete: Az ismeretlen mintából 200 ml-es törzsoldatot készítünk. Titrálólombikba 10 ml vizsgálandó oldatot mérünk. A mintákat desztillált vízzel 50 ml-re kiegészítjük. Az oldathoz 5 ml NaOH-puffert adunk. Az oldathoz ezt követően 0,1-0,2 g szilárd murexid-indikátort adunk. A bürettát a 0,01 mólos EDTA-oldattal feltöltjük. A vizsgálandó oldatot az EDTA-val lazacvörösből állandó ibolyáig titráljuk. A fogyást feljegyezzük (V 1 ). Újra kimérünk 10 ml-t a vizsgálandó oldatból Desztillált vízzel 50 ml-re kiegészítjük Az oldathoz ezt követően 5 ml NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldatot és 0,1-0,3 g szilárd eriokróm-fekete T indikátort adunk. A vizsgálandó oldatot az EDTA-val (a büretta újratöltése) lilából állandó égszínkékig titráljuk. A fogyást feljegyezzük (V 2 ). 5 párhuzamos mérést végzünk. A jegyzőkönyvben rögzíteni kell: A feladat rövid leírása. A meghatározás menete. A mérési eredmények és számítások. V 1 : Ca 2+, V 2 -V 1 : Mg 2+ Tartsa be a munka- és balesetvédelmi előírásokat! Szükséges eszközök/hallgatónként Szükséges vegyszerek 3 db 250 ml-es Erlenmeyer lombik 0,01 mol/dm 3 MgSO 4 -oldat Büretta állvánnyal 0,01 mol/dm 3 EDTA-mérőoldat 2 db főzőpohár NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldat 1 mérőhenger, 1 kistölcsér NaOH-pufferoldat 1 db desztillált vizes flakon Murexid indikátor 1 db 200 ml-es mérőlombik az ismeretlennek Eriokrom-fekete T indikátor 2 db 10 ml-es osztott pipetta 1 db 10 ml-es hasas pipetta 27
3. Mintaszámítások: 1. Hány g szilárd, két kristályvíz tartalmú Na 2 -EDTA-át (M Na2EDTA x 2H2O = 372,25 g/mol) kell bemérni 500 cm 3 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú törzsoldat készítéséhez? (9,3063 g) 1000 cm 3 oldatban van 0,05 mol EDTA 500 cm 3 oldatban van 0,025 mol EDTA m EDTA = n EDTA x M EDTA = 0,025 mol x 372,25 g/mol = 9,3063 g Tehát 9,3063 g szilárd EDTA-át kell bemérni a fenti oldat elkészítéséhez. 2. Mennyi annak az EDTA-oldatnak a koncentrációja, melyet 0,02136 mol/dm 3 -es koncentrációjú MgSO 4 mérőoldattal titrálva a bemért MgSO 4 -oldat 10,00 cm 3 -ére az EDTAból 9,60 cm 3 fogyott. (c: 0,0238 mol/dm 3 ) Alapadatok: magnézium-szulfát oldat: V= 10 cm 3, c = 0,02136 mol/dm 3 EDTA oldat: V= 9,60 cm 3, c =? Reakcióegyenlet: Mg 2+ + EDTA 4- = MgEDTA 2-1 mol EDTA 1 mol Mg-iont mér, így 1000 cm 3 oldatban van 0,02136 mol Mg 2+ 10,00 cm 3 oldatban van 2,136 x 10-4 mol Mg 2+ 1 mol Mg 2+ 1 mol EDTA-val reagál 2,136 x 10-4 mol Mg 2+ 2,136 x 10-4 EDTA-val reagál 9,60 cm 3 oldatban van 2,136 x 10-4 EDTA 1000 cm 3 oldatban van x mol EDTA x = 0,0238 mol EDTA Tehát az EDTA mérőoldat koncentrációja: 0,0238 mol/dm 3. 3. Mennyi az ismeretlen minta mg-ban kifejezett kalcium- (M= 40,08 g/mol) illetve magnézium-tartalma (M= 24,32 g/mol) ha a komplexometriás meghatározás során 100 cm 3 -es törzsoldat 10 cm 3 -es részletére murexid indikátor mellett 6,00 cm 3, majd második lépésben a törzsoldat 10 cm 3 -es részletére eriokrom-fekete T indikátor mellett 16,00 cm 3 0,010 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldat fogyott? 28
Alapadatok: EDTA oldat murexid indikátorral (Ca 2+ ionok meghatározásához): V= 6,00 cm 3, c = 0,01 mol/dm 3 EDTA oldat eriokrómfeketet indikátorral (Ca 2+ és Mg 2+ ionok együttes meghatározásához): V= 16,00 cm 3, c = 0,01 mol/dm 3 Ismeretlen koncentrációjú oldat: V= 10,00 cm 3, c Ca2+ =? c Mg2+ =? Ca 2+ ionok koncentrációjának meghatározása: 1000 cm 3 oldatban van: 0,01000 mol EDTA 6,00 cm 3 oldatban van: 6 x 10-5 mol EDTA Ca 2+ + EDTA 4- = CaEDTA 2-1 mol EDTA 1 mol Ca-iont mér (murexid indikátorral), így: 10 cm 3 -es részletben 6 x 10-5 mol Ca-ion van. 100 cm 3 -es részletben 6 x 10-4 mol Ca-ion van. (M Ca =40,08 g/mol) Tehát: Ca 2+ = 24,05 mg Ca 2+ és Mg 2+ ionok együttes koncentrációjának meghatározása: 1000 cm 3 oldatban van: 0,01000 mol EDTA 16,00 cm 3 oldatban van: 1,6 x 10-4 mol EDTA Ca 2+ + EDTA 4- = CaEDTA 2- Mg 2+ + EDTA 4- = MgEDTA 2-1 mol EDTA 1 mol Ca és Mg-iont mér összesen (eriokróm fekete T indikátorral), így: 10 cm 3 -es részletben 1,6 x 10-4 mol Ca és Mg-ion van. 100 cm 3 -es részletben 1,6 x 10-3 mol Ca és Mg-ion van. n Mg2+ = n Ca2+ és Mg2+ - n Ca2+ = 1,6 x 10-3 - 6 x 10-4 mol = 0,001 mol M Mg =24,32 g/mol Tehát: m Mg2+ = 24,32 mg 29
4. Jegyzőkönyv-minta: Név: Évfolyam, szak: Dátum:... EDTA-mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának meghatározása A. EDTA-mérőoldat készítése Feladat: 250 ml 0,01 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA mérőoldatot készítünk szilárd Na 2 EDTA. 2 H 2 O- ból. A szükséges Na 2 EDTA. 2 H 2 O -mennyiség kiszámítása: Az oldatkészítés menete: A szükséges mennyiségű Na 2 -EDTA-át analitikai mérlegen bemérjük (M Na2EDTA. 2 H2O = 372,25 g/mol). A bemért anyagot 250 ml-es mérőlombikba mossuk tölcsér segítségével. A mérőlombikot desztillált vízzel jelre töltjük. Az elkészített oldatot homogenizáljuk. Szükséges eszközök, vegyszerek: 250 ml-es mérőlombik dugóval Tölcsér Na 2 EDTA. 2 H 2 O Desztillált víz Diszkusszió: Tehát a szükséges 250 ml mérőoldat elkészítéséhez g szilárd Na 2 EDTA. 2 H 2 O-át kellett bemérnem. 30
B. EDTA-mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása Feladat: Az előkészített EDTA-mérőoldat pontos koncentrációjának meghatározása A pontos koncentráció meghatározásának menete: A 0,01 mol/ dm 3 MgSO 4 oldatból 10,00 cm 3 -t titráló lombikba pipettázunk. Hozzáadunk 5 cm 3 NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldatot, és 0,1 g eriokróm-fekete T indikátort és 50 cm 3 desztillált vizet. A bürettát az EDTA-mérőoldattal feltöltjük. Az oldatot addig titráljuk, amíg pirosból égszínkékbe vált. A fogyást feljegyezzük. 5 párhuzamos mérést végzünk. Szükséges eszközök, vegyszerek: Főzőpoharak Büretta 10 ml-es osztott pipetta Vegyszeres kanál 3 db 100 ml-es Erlenmeyer-lombik 10 ml-es hasas pipetta NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldat Eriokróm-fekete T indikátor Mérési adatok: A kivett részlet térfogata: 10 cm 3 A Mg-szulfát oldat koncentrációja: 0,01 mol/dm 3 EDTA-mérőoldat fogyások: V EDTA (cm 3 ) Átlag V EDTA (cm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. Reakcióegyenlet: A számítás menete: 31
Eredmény: Tehát az EDTA mérőoldat pontos koncentrációja mol/dm 3. 32
Név: Évfolyam, szak: Dátum:... Ca 2+ és Mg 2+ -ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan Feladat: Kálcium- és magnézium-ionok egymás melletti meghatározása 0,01 mólos EDTAmérőoldattal. (M Ca2+ = 40,08 g/mol, M Mg2+ = 24,32 g/mol). A pontos koncentráció meghatározásának menete: Az ismeretlen mintából 200 ml-es törzsoldatot készítünk. Titrálólombikba 10 ml vizsgálandó oldatot mérünk. A mintákat desztillált vízzel 50 ml-re kiegészítjük. Az oldathoz 5 ml NaOH-puffert adunk. Az oldathoz ezt követően 0,1-0,2 g szilárd murexid-indikátort adunk. A bürettát a 0,01 mólos EDTA-oldattal feltöltjük. A vizsgálandó oldatot az EDTA-val lazacvörösből állandó ibolyáig titráljuk. A fogyást feljegyezzük (V 1 ). Újra kimérünk 10 ml-t a vizsgálandó Desztillált vízzel 50 ml-re kiegészítjük Az oldathoz ezt követően 5 ml NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldatot és 0,1-0,3 g szilárd eriokróm-fekete T indikátort adunk. A vizsgálandó oldatot az EDTA-val (a büretta újratöltése) ibolyáspirosból állandó égszínkékig titráljuk. A fogyást feljegyezzük (V 2 ). 5 párhuzamos mérést végzünk. V 1 : Ca 2+, V 2 -V 1 : Mg 2+ Szükséges eszközök, vegyszerek: Ismeretlen minta (200 ml-es mérőlombikban dugóval) Vegyszeres kanál Tölcsér 10 ml-es hasas pipetta 2 db 10 ml-es osztott pipetta 3 db 100 ml-es Erlenmeyer-lombik 0,01 mólos EDTA-mérőoldat NaOH-pufferoldat NH 4 Cl-NH 4 OH-pufferoldat Murexid indikátor Eriokróm-fekete T indikátor Desztillált víz 33
Mérési adatok: A törzsoldat térfogata: 200 cm 3 A kivett részlet térfogata: 10 cm 3 Az EDTA-mérőldat koncentrációja: mol/dm 3 MINTA SZÁMA:.. EDTA-mérőoldat fogyások: V 1 : V EDTA (cm 3 ) Átlag V EDTA (cm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. V 2 : V EDTA (cm 3 ) Átlag V EDTA (cm 3 ) 1. 2. 3. 4. 5. Az ismeretlen minta Ca 2+ - illetve Mg 2+ -tartalmának kiszámítása: Mólarány, reakcióegyenlet: A számítás menete: 34
Eredmény: Tehát az ismeretlen oldat összetétele: Ca 2+ : mg, Mg 2+ :.mg. 35