bendroji chemija

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS FUNDAMENTINIŲ MOKSLŲ STUDIJŲ INSTITUTAS Chemijos katedra

Sudarytojas: Valdas Paulauskas

BENDROJI CHEMIJA Laboratorinių darbų aprašas

Akademija

2

2010 UDK

Sudarytojas: Valdas Paulauskas

BENDROJI CHEMIJA Laboratorinių darbų aprašas

Recenzavo: doc. dr. K. Kazancev, LŽŪU AI Aplinkos technologijos cheminių ir biocheminių tyrimų laboratorija doc.dr. V. Marozas, LŽŪU MEF Ekologijos katedra doc. dr. V. Jankauskas, LŽŪU IF Mechanikos katedra

Aprobuota: Chemijos katedros posėdyje 2010 05 27, protokolo Nr. 5(389) FMSI Metodinės komisijos posėdyje 2010 06 29, protokolo Nr.11 Ž. Ū. Inžinerijos fakulteto Metodinės komisijos posėdyje 2010 06 30, protokolo Nr.54

Kalbą redagavo Maketavo Viršelio dailininkas

© Valdas Paulauskas, 2010 © Lietuvos žemės ūkio universitetas, 2010

ISBN

3

TURINYS ĮVADAS....................................................................................................................................................................................4 Chemijos sąvokos ir dėsniai...................................................................................................................................................5 Saugus darbas chemijos laboratorijoje..................................................................................................................................6 Pagrindiniai cheminiai indai...................................................................................................................................................7 1. Laboratorinis darbas NETIRPAUS JUNGINIO GAVIMAS..................................................................................9 2.

Laboratorinis darbas TIRPALŲ KONCENTRACIJA...........................................................................................11

3.

Laboratorinis darbas CHEMINĖ KINETIKA IR PUSIAUSVYRA.....................................................................15

4.

Laboratorinis darbas DRUSKŲ HIDROLIZĖ.......................................................................................................19

5.

Laboratorinis darbas DISPERSINĖS SISTEMOS................................................................................................22

6.

Laboratorinis darbas OKSIDACIJOS-REDUKCIJOS REAKCIJOS....................................................................25

7.

Laboratorinis darbas ELEKTROLIZĖ: GALVANINĖS DANGOS GAVIMAS..................................................30

8.

Laboratorinis

darbas

METALŲ

KOROZIJA.........................................................................................................33 9.

Laboratorinis darbas KOKYBINĖ ANALIZĖ: KATIJONŲ-ANIJONŲ MIŠINIO KOKYBINĖ ANALIZĖ.....37

10. Laboratorinis darbas KIEKYBNĖ ANALIZĖ: BENDROJO VANDENS KIETUMO NUSTATYMAS.............40 11. Laboratorinis darbas VANDENS ANALIZĖ: JONOMETRINĖ ANALIZĖ, pH-NUSTATYMAS.....................42 12. Laboratorinis darbas RIŠAMŲJŲ STATYBINIŲ MEDŽIAGŲ ANALIZĖ.........................................................44 13. Laboratorinis darbas ALKOHOLIŲ, FENOLIŲ, ALDEHIDŲ, KETONŲ, KARBOKSIRŪGŠČIŲ SAVYBĖS47 14. Laboratorinis darbas ANGLIAVANDENIŲ SAVYBĖS.......................................................................................51 15. Laboratorinis darbas AMINO RŪGŠČIŲ IR BALTYMŲ SAVYBĖS..................................................................55 16. Laboratorinis darbas POLIMERŲ SINTEZĖ IR IDENTIFIKAVIMAS................................................................58

4

ĮVADAS Gamtoje nuolat nevienodu greičiu vyksta daugybė įvairių cheminių reakcijų: fotosintezė, atmosferos azoto sujungimas, organinių medžiagų irimas, dirvodaros procesai, gyvų organizmų ląstelėse vykstantys biocheminiai procesai, metalų korozija ir kt. Didelę reikšmę gamtoje turi vanduo – pats geriausias tirpiklis, jis dalyvauja įvairių medžiagų hidrolizės reakcijose: hidrolizuojasi vandenyje ištirpusios druskos, gyvuosiuose organizmuose medžiagų apykaitos metu hidrolizuojasi riebalai, baltymai, angliavandeniai. Tai tik keletas aplink mus vykstančių cheminių procesų pavyzdžių. Chemijos pramonė šiuo metu pateikia labai daug įvairių cheminių medžiagų, kurios vis plačiau naudojamos žemės ūkyje, statybose, transporte, maisto pramonėje, buityje. Jos sąveikauja tarpusavyje ir su gamtoje esančiomis medžiagomis. Reikia nepamiršti, kad gausus cheminių medžiagų naudojimas bet kurioje srityje gali pakenkti žmogui ir visam gyvajam pasauliui, sutrikdyti tūkstantmečiais gamtoje nusistovėjusią pusiausvyrą. Žemės ir miškų ūkio specialistams, energijos inžinerijos, mechanikos inžinerijos ar bendrosios inžinerijos studijų programų absolventams, hidrologams bei ekologams labai svarbu pažinti aplinką, žinoti pagrindinius cheminių procesų vyksmo dėsningumus. Itin svarbūs žemės ūkio produkcijos, maisto produktų, aplinkos kokybės tyrimai, kur taikomi nauji modernūs, tikslūs instrumentiniai analizės metodai. Šis laboratorinių darbų aprašas skirtas chemijos dalyko praktiniams įgūdžiams įgyti, taip įtvirtinant bei pagilinant teorines žinias. Kiekvieno laboratorinio darbo aprašyme pateikta trumpi teoriniai pagrindai, svarbiausios sąvokos, paaiškinamas darbo tikslas, esmė bei eiga. Atlikę laboratorinį darbą, studentai aprašo darbo rezultatus, atlieka reikiamus skaičiavimus, parašo reikalingas reakcijos lygtis bei padaro išvadas. Prie kiekvieno laboratorinio darbo aprašymo pateikiami reikalavimai, ką studentas turi žinoti to darbo gynimui, nurodoma literatūra, kuri padės studentui geriau įsisavinti nagrinėjamą temą. Leidinys skirtas Agronomijos, Miškų ūkio, Vandens ūkio ir žemėtvarkos bei Žemės ūkio inžinerijos fakultetų pirmųjų kursų studentams. Laboratorinių darbų aprašą „Bendroji chemija“ parengė: B. Bartaševičienė (Svarbesnės chemijos sąvokos ir dėsniai, Tirpalų koncentracija, Cheminė kinetika ir pusiausvyra), E. Zaleckas (Netirpaus junginio gavimas, Kokybinė analizė: katijonų-anijonų mišinio kokybinė analizė), E. Sendžikienė (Oksidacijos-redukcijos reakcijos, Polimerų sintezė ir identifikavimas), J. Vedegytė (Alkoholių, fenolių, aldehidų ir karboksirūgščių savybės, Angliavandenių savybės, Aminorūgščių ir baltymų savybės), V. Gražulevičienė (Dispersinės sistemos, metalų korozija, vandens analizė: jonometrinė analizė, pH-nustatymas), V. Makarevičienė (Kiekybinė analizė: bendrojo vandens kietumo nustatymas, Rišamųjų statybinių medžiagų analizė), V. Paulauskas (Įvadas, Saugus darbas chemijos laboratorijoje, Druskų hidrolizė, Elektrolizė: galvaninės dangos gavimas).

5

CHEMIJOS SĄVOKOS IR DĖSNIAI Cheminis elementas – atomų rūšis, turinti tam tikrą cheminių savybių visumą. Atomas – mažiausia elemento dalelė, turinti visas elemento savybes. Molekulė – mažiausia medžiagos dalelė, turinti visas tos medžiagos chemines savybes. Molis – medžiagos kiekis, kuriame yra 6,02 ·1023 struktūrinių dalelių. Molinė masė – medžiagos molio masė (g/mol). Jonai – įelektrintos dalelės, kuriomis virsta atomai prisijungę ar atidavę elektronus. Jonai gali būti teigiami ir neigiami. Ekvivalentas – medžiagos masės kiekis, kuris prisijungia arba pakeičia 1,008 masės dalis vandenilio arba 8 masės dalis deguonies. Masės tvermės dėsnis. Medžiagų masė prieš reakciją yra lygi medžiagų masei po reakcijos. Junginio sudėties pastovumo dėsnis. Kiekvieno cheminio junginio sudėtis yra pastovi ir nepriklauso nuo junginio gavimo būdo. Kartotinių santykių dėsnis. Jei du elementai sudaro vienas su kitu kelis cheminius junginius, tai vieno iš elementų masės kiekiai, tenkantys šiuose junginiuose tam pačiam kito elemento kiekiui, sutinka kaip paprasti sveikieji skaičiai. Ekvivalentų dėsnis. Medžiagos jungiasi vienos su kitomis masių kiekiais, proporcingais jų ekvivalentams:

m1 E1 = . m2 E 2 Avogadro dėsnis. Vienoduose bet kurių dujų tūriuose vienodomis sąlygomis yra vienodas skaičius molekulių. Bet kurios medžiagos viename molyje yra 6,023 ·1023 molekulių. Avogadro dėsnio išvada. Vienas dujų molis normaliomis sąlygomis, t.y. esant 273 K temperatūrai ir 101325 Pa slėgiui, užima 22,4 litrų tūrį.

6

SAUGUS DARBAS CHEMIJOS LABORATORIJOJE

Bendrosios taisyklės 1. Darbas pradedamas tik dėstytojui leidus. 2. Dirbant reikia laikytis švaros, tylos ir tvarkos. 3. Taupyti reagentus – būtina darbo sąlyga. Bandymai atliekami tiksliai pagal aprašymą, kad, negavus reikiamo rezultato, nereikėtų jų pakartoti. Taupyti dujas, elektrą, nedaužyti mėgintuvėlių ir kitų indų. 4. Atlikus bandymus, mėgintuvėlius reikia parodyti dėstytojui ir mokėti paaiškinti įvykusių reakcijų esmę. Darbas laikomas atliktu, jei yra dėstytojo parašas studento sąsiuvinyje.

Saugaus darbo taisyklės chemijos laboratorijoje 1. Pradėdami dirbti, studentai privalo patikrinti, ar nesudužę stikliniai indai, kurie bus naudojami. 2. Prieš įjungiant dujas, reikia patikrinti, ar išjungti visi dujų degikliai. 3. Prieš uždegant dujinius degiklius ar spiritines lemputes, patikrinti, ar nėra šalia indų su degiais skysčiais. 4. Patikrinti, ar nesudužę gyvsidabrio termometrai. 5. Su lakiomis nuodingomis medžiagomis (benzenu, toluenu, metanoliu, formalinu, amoniaku), koncentruotomis rūgštimis ar šarmais reikia dirbti traukos spintoje. 6. Koncentruotas rūgštis arba šarmus reikia atsargiai pilti į indus, kad nepatektų ant rankų arba rūbų. 7. Koncentruotų rūgščių, šarmų ir nuodingų medžiagų negalima traukti burna į pipetę, tam reikia naudoti guminę kriaušę arba jų tūrį matuoti cilindru. 8. Atsargiai elgtis su stikliniais indais, kad dūždami nesužeistų. 9. Šildyti galima tik indus, pagamintus iš šildymui atsparaus stiklo (pireks, TC, simaks). Draudžiama šildyti įtrūkusiuose induose. 10. Šildant skysčius, mėgintuvėlius reikia laikyti 20° kampu ir judinti, kad tolygiai šiltų visas skystis. Mėgintuvėlio angą reikia nukreipti nuo savęs ir nuo greta dirbančiųjų. Negalima žiūrėti į kaitinamo mėgintuvėlio turinį iš viršaus. 11. Norint sumaišyti skysčius mėgintuvėlyje, reikia jį atsargiai papurtyti, nevartyti užspaudus pirštu. 12. Šildant koncentruotas rūgštis, šarmus arba dirbant su metaliniu natriu, reikia užsidėti apsauginius akinius. 13. Dujines medžiagas reikia uostyti atsargiai, rankos mostu nukreipiant į save. 14. Su lengvai užsidegančiomis medžiagomis reikia dirbti traukos spintoje, užgesinus dujų degiklius ir spiritines lemputes. 15. Atsargiai dirbti su gyvsidabriu užpildytais termometrais, kad jie nesudužtų ir gyvsidabris nepatektų į aplinką. 16. Negalima rankomis imti fenolio, nes jis nuodingas ir nudegina odą. Reikia imti šaukšteliu. 17. Gamtinėmis dujomis reikia naudotis atsargiai, nepalikti atsuktų dujų čiaupų, nes dujos su oru sudaro sprogų mišinį. Pajutus dujų kvapą, reikia tuojau pranešti dėstytojui arba laborantui. 18. Draudžiama palikti be priežiūros veikiančius elektros prietaisus ir dujų degiklius. 19. Draudžiama pilti į kriauklę cheminius reagentus. Jų atliekas reikia pilti į specialius tam skirtus indus. 20. Baigus darbą, reikia išplauti mėgintuvėlius ir kitus darbo metu naudotus indus, sutvarkyti darbo vietą. Išjungti dujų degiklius ir elektros prietaisus, užsukti vandens čiaupus.

Studentų veiksmai ypatingais atvejais, pirmoji medicininė pagalba 1. Įvykus nelaimingam atsitikimui, pranešti dėstytojui. 2. Pastebėjus gaisrą, pranešti dėstytojui ir gesinti gaisrą turimomis priemonėmis. 3. Indą su užsiliepsnojusiais skysčiais reikia uždengti stiklu, porcelianiniu, metaliniu daiktu arba drėgnu rankšluosčiu. Išsiliejus degančiam skysčiui iš indo, liepsną gesinti smėliu.

7

Laboratorijoje kilus gaisrui, reikia greitai išjungti dujas ir elektros prietaisus. Gaisrą gesinti specialiu gesintuvu. 5. Gelbstint elektros srove veikiamą žmogų, reikia išjungti elektros srovę ir atitraukti žmogų nuo srovės šaltinio. Jeigu reikia, atlikti dirbtinį kvėpavimą, iškviesti gydytoją. 6. Patekus ant odos koncentruotų rūgščių ar šarmų, odą reikia gerai nuplauti tekančiu vandeniu (15 min). Rūgštis neutralizuoti 2% sodos (natrio vandenilio karbonato) kompresu, o šarmus − 2% acto arba citrinų rūgšties tirpalu. 7. Truputį apsideginus odą, nudegusią vietą plauti šaltu vandeniu, uždėti sterilų tvarstį. Esant stipresniam nudegimui, kreiptis į gydytoją. 4.

PAGRINDINIAI CHEMINIAI INDAI Stikliniai indai chemijos laboratorijoje naudojami cheminiams reagentams laikyti, šildyti, virinti, distiliuoti, džiovinti, sverti, dujoms rinkti, skysčių tūriams matuoti ir kt. Cheminiams bandymams atlikti dažniausiai naudojami stikliniai indai: mėgintuvėliai – nedideliems tirpalų tūriams maišyti; cheminės stiklinės – tirpalams gaminti, nusodinti; apvaliadugnės kolbos – skysčiams ir kitoms medžiagoms kaitinti; plokščiadugnės kolbos – tirpalams šildyti; kūginės kolbos – tirpalams titruoti; piltuvėliai – skysčiams perpilti ir filtruoti; matavimo indai – skysčių tūriams matuoti. Apytikriam tūriui matuoti naudojamos cheminės stiklinės, matavimo cilindrai; tiksliam tūriui matuoti – matavimo kolbos su tam tikro tūrio žyme, pipetės su tūrio žyme arba padalomis, biuretės. Prieš naudojant matavimo indus, būtina įsidėmėti padalų vertę ir indo tūrį. Matavimo indų negalimo šildyti, pilti į juos karštus tirpalus.

Cheminė stiklinaitė

Grūstuvėlė su grūstuku

Plokščiadugnė kolba

Apvaliadugnė kolba

Porcelianinė garinimo lėkštelė

Kūginė kolba

Eksikatorius

8

Matavimo pipetė

Termometras

Cilindras

Matavimo pipetė

Mėgintuvėlis

Matavimo cilindras

9

Laboratorinis darbas Nr. 1 NETIRPAUS JUNGINIO GAVIMAS Cheminėse lygtyse, kaip ir cheminėse formulėse, yra užšifruota kokybinė ir kiekybinė informacija. Reakcijų lygtyse nurodomi reagentai (reaguojančios medžiagos), produktai (susidarančios medžiagos) ir visų medžiagų moliniai santykiai. Sprendžiant uždavinius, koeficientai rodo reaguojančių ir susidarančių junginių molinius santykius. Į juos būtina atsižvelgti sprendžiant uždavinius. Atliekant skaičiavimus pagal reakcijos lygtį, gali tekti naudotis visų skyrelyje „Tirpalai“ nagrinėtų uždavinių fragmentais. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – psl. 9-12. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 105-110. Atsiskaitymui: mokėti spręsti uždavinius pagal reakcijos lygtį. Darbo tikslas: apskaičiuoti medžiagų kiekius pagal reakcijų lygtis. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai apskaičiuoti medžiagų kiekius pagal reakcijų lygtis. Bus pagilintos žinios apie reakcijose dalyvaujančių medžiagų kiekių skaičiavimus, išmoks apskaičiuoti reikiamus medžiagų kiekius, kad pilnai nusodinti druskų tirpaluose esančius metalų jonus. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi daugelio kitų dalykų (ekologijos, dirvotyros, aplikotyros srities dalykų) tolimesnėse studijose bei profesinėje veikloje. Bandymas: Apskaičiuokite, kiek ml 4% NaOH tirpalo, kurio tankis ρ = 1,046 g/cm3, reikės paimti, norint nusodinti visus druskoje esančius metalo jonus. Duota druska:.............................. Reakcijos lygtis:

druskos masė (g): ..............................

.......................+.......................-----......................+.............................................................. Natrio šarmas + duota druska ----- produktas 1 + produktas 2 Bandymui paruoštą druską ištirpinkite stiklinaitėje, įpylę 30 ml distiliuoto vandens. Pipete pamatuokite apskaičiuotą 4% NaOH tirpalo tūrį ir supilkite į stiklinaitėje esantį druskos tirpalą. Tirpalus gerai sumaišykite ir gautas nuosėdas filtruokite į kolbutę. Į filtratą įlašinkite keletą lašų natrio šarmo tirpalo ir patikrinkite, ar visi metalo jonai nusodinti (filtratas turi nesusidrumsti). ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Skaičiavimai: Apskaičiuojame molio mases reaguojančių medžiagų: MNaOH=.................................................g/mol Mduota druska=.................................................g/mol Apskaičiuojame kiek gamų gryno NaOH tirpalo reikės, kad pilnai sureaguotų su duotąja druska:

10

druskos mase, g .......... – x g, NaOH druskos molinė masė, g/mol .............– ............. NaOH molio arba molių masė, g/mol x=…………. g NaOH Apskaičiuojame kiek reikės gamų 4% NaOH tirpalo: 4 g, NaOH – 100 g tirpalo ......... g, NaOH – x x=…………. g, 4% NaOH tirpalo Apskaičiuojame reikalingą 4% NaOH tirpalo tūrį:

V=

m = ....... ρ

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

Dėstytojo parašas:

Data:

11

Laboratorinis darbas Nr. 2 TIRPALŲ KONCENTRACIJA Tirpalas yra homogeninė sistema, sudaryta iš dviejų ar daugiau komponentų. Tirpalą sudaro tirpiklis ir ištirpusi medžiaga (tirpinys). Viena svarbiausių tirpalo charakteristikų yra jo koncentracija. Tirpalo koncentracija rodo ištirpusios medžiagos masę ar kiekį, esantį tam tikrame tirpalo ar tirpiklio tūryje ar masėje. Svarbiausi tirpalų koncentracijos reiškimo būdai yra šie: Masės dalis (procentais). Ji rodo ištirpusios medžiagos gramų (arba kitų masės vienetų) skaičių 100 gramų (arba kitų masės vienetų) tirpalo: w (%) (masės dalis procentais)

m1 ( tirpinio masė) ⋅ 100% . m ( tirpalo masė)

Labai dažnai masės dalis procentais, kalbant apie tirpalus, vadinama tiesiog tirpalo procentine koncentracija ir žymima c%, t.y. w(%) = c%. Pavyzdžiui, jei kalbame apie 20% NaCl tirpalą, tai reiškia, kad 100 g tokio tirpalo yra 20 g NaCl ir 80 g H2O. Skaičiuojant procentinę koncentraciją, kartais reikia tirpalo masę perskaičiuoti į tūrį ir atvirkščiai. Tam naudojamas tirpalo tankis ρ (g/m3, g/cm3, g/ml).

m = V ⋅ ρ , g. Skaičiuojant c%, kai turime tirpalo tūrį ir tankį ρ, galime naudotis ir tokia išraiška:

c% =

m1 ( tirpinio masė ) ⋅ 100 , %. V ( tirpalo turis ) ⋅ ρ ( tirpalo tan kis )

Molinė koncentracija. Ji rodo, kiek molių tirpinio yra ištirpę viename litre tirpalo:

cM =

n ( tirpinio molių skaicius ) , mol/l. V( tirpalo turis litrais )

Sakykime, kad 0,45 mol karbamido (27 g) ištirpinome vandenyje ir gavome 1,00 litro tirpalo. Šio tirpalo molinė koncentracija bus: c M =

0,45 mol = 0,45 mol/l, arba 0,45 M. 1,00 l

Vietoj matavimo vieneto mol/l dažnai rašoma viena raidė M. Užuot sakę “tirpalas, kuriame karbamido koncentracija yra 0,45 moliai litre”, dažniau sakome “0,45 moliarinis (arba molinis) karbamido tirpalas”. Tirpalai, kurių viename litre yra 0,1; 0,01 molių medžiagos, atitinkamai vadinami decimoliniu ir centimoliniu.

cM =

m1 ( tirpinio masė gramais) , mol/l. M( tirpinio molio masė gramais) ⋅ V( tirpalo turis litrais )

Dažnai iš koncentruotų tirpalų tenka gaminti mažesnės koncentracijos tirpalus. Tokiais atvejais labai patogu naudotis skiedimo taisykle:

c1 ⋅ V1 = c 2 ⋅ V2 ,

12

čia

c1 ir V1 – koncentruoto tirpalo molinė koncentracija ir tūris; c2 ir V2 – praskiesto tirpalo molinė koncentracija ir tūris.

Jei tirpalų koncentracijos išreikštos masės dalies procentais (c%), tada skaičiavimams naudojama tokia formulė:

c1 ⋅ V1 ⋅ ρ1 = c 2 ⋅ V2 ⋅ ρ 2 ,

čia

c1, V1, ρ1 – koncentruoto tirpalo koncentracija, tūris ir tankis; c2, V2, ρ2 - praskiesto tirpalo koncentracija, tūris ir tankis. Literatūra: Bendroji chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. (Bartaševičienė B., Brazauskienė D., ir kt.) – Akademija, 2008.- p. 5-8. Chemijos uždavinynas. (Bartaševičienė B., Brazauskienė D., ir kt.) - Akademija, 2003. - p. 23-27. Tirpalų koncentracijos ir savybės. (Kreivėnienė N., Žarnauskas A.) – K. Technologija, 1995. – p. 3-20. Bendroji chemija. (Petroševičiūtė O.) – Technologija, 2000. – p.37-40.

Atsiskaitymui: mokėti apskaičiuoti medžiagų poreikius tam tikros koncentracijos tirpalams pagaminti; kiek koncentruoto tirpalo ir vandens reiks, norint tirpalus praskiesti; kiek tam tikros koncentracijos tirpalo galima pagaminti iš grynosios medžiagos; kaip molinės koncentracijos tirpalą galima persiskaičiuoti į procentinės koncentracijos tirpalą ir atvirkščiai. Darbo tikslas: išmokti: a) apskaičiuoti reikalingą tirpinio ir tirpiklio kiekį, reikalingą tam tikros koncentracijos tirpalui pagaminti; b) pagaminti tirpalą; c) tirpalą skiesti; d) nustatyti tirpalo koncentraciją pagal tirpalo tankį. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai spręsti uždavinius su masės dalies skaičiavimais gaminti įvairių koncentracijų tirpalus. Šių žinių studentui reiks daugelio dalykų (dirvotyros, augalų fiziologijos, agrochemijos, augalų apsaugos) studijoms taip pat darbe ir buityje. Bandymai:

1. Procentinės koncentracijos tirpalo ruošimas iš sausos medžiagos Iš dėstytojo gavę užduotį, apskaičiuokite, kiek gramų tirpinio ir kiek ml vandens reikia paimti nurodytos koncentracijos tirpalui paruošti. Apskaičiuotą tirpinio masę pasverkite svėrimo indelyje ir supilkite į stiklinę ar kūginę kolbutę, į ją įpilkite matavimo indu pamatuotą reikiamą distiliuoto vandens tūrį. Tirpalą maišykite, kol tirpinys ištirps. Jei tirpalą ruošiate tam tikro tūrio tirpalų ruošimo kolbutėje, vandens matuoti nereikia, užtenka, pripylus iki pusės kolbos vandens ir ištirpinus tirpinį, distiliuoto vandens pripilti iki žymės ir sumaišyti. Apskaičiuokite gauto tirpalo molinę koncentraciją cM. Duotos druskos pavadinimas ir formulė..................................................................................................................... Reikia paruošti ...................ml.........................% koncentracijos tirpalą. Skaičiavimai:............................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

13

..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Atsakymas: Norint paruošti ..............ml...................% koncentracijos tirpalą, reiks atsverti ......................g druskos ir atmatuoti...................ml vandens. Šio tirpalo cM .............................................

2. Tirpalų ruošimas iš koncentruotų tirpalų Iš dėstytojo gavę užduotį, apskaičiuokite reikiamą koncentruoto tirpalo tūrį nurodytos koncentracijos tirpalo paruošimui. Pipete pamatuokite apskaičiuotą koncentruoto tirpalo tūrį ir supilkite į reikiamo tūrio matavimo kolbutę. Po to praskieskite distiliuotu vandeniu iki žymės. Kolbutę užkimškite ir turinį sumaišykite. Duotos medžiagos pavadinimas, formulė ir koncentracija......................................................................... Reikia paruošti ...................ml........................koncentracijos tirpalą. Skaičiavimai: .............................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ....................... Atsakymas: Norint paruošti..............ml...................koncentracijos tirpalą, reiks atmatuoti ................ ml ................ koncentracijos tirpalo ir praskiesti distiliuotu vandeniu iki žymės.

3. Koncentracijos nustatymas pagal tirpalų tankį Dėstytojo duotą druską suberkite į matavimo kolbutę ir ištirpinkite maždaug iki pusės pripylę distiliuoto vandens. Medžiagai ištirpus, tirpalą praskieskite iki žymės, sandariai užkimšę kolbutę, turinį gerai sumaišykite. 50 ml tūrio matavimo cilindrą pripilkite paruošto tirpalo ir areometru išmatuokite jo tankį. Iš lentelės pagal tankį suraskite šio tirpalo koncentraciją. Apskaičiuokite duotos druskos masę. Apskaičiuokite paruošto tirpalo CM. Duotos medžiagos pavadinimas ir formulė................................................................................................. Reikia paruošti ...................ml tirpalo. Skaičiavimai: Paruošto tirpalo

tankis................g/ml.

Toks

tankis

atitinka.....................koncentracijos

tirpalą .....................................................................................................................................................................m═.......... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

14

Atsakymas: tirpalą.

Paruošto

tirpalo

tankis

.............g/ml.

Toks

tankis

atitinka..................koncentracijos

.............ml................koncentracijos tirpalo paruošimui buvo sunaudota.......................g druskos.

Šio tirpalo cM .......................


Data:

15

Laboratorinis darbas Nr. 3 CHEMINĖ KINETIKA IR PUSIAUSVYRA Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų prigimties, jų koncentracijos, temperatūros, katalizatorių ir kitų veiksnių. Cheminės reakcijos greitis gali būti išreikštas sureagavusio medžiagos kiekio ir reakcijos trukmės santykiu. Pavyzdžiui, per laiko tarpą ∆τ sureagavo ∆X mol medžiagos. Vidutinis reakcijos greitis vvid. =

∆Χ . ∆τ

Norint sužinoti tikrą (faktišką) reakcijos greitį, koncentracijų ir laiko skirtumai imami kiek galima mažesni. Tokiu atveju diferencijuojama pagal laiką (τ). Taigi, tikrasis reakcijos greitis šiuo atveju vtikr.=

dΧ . dτ

Reakcijos greičio ir koncentracijos priklausomybė apibūdinama veikiančių masių dėsniu: Cheminės reakcijos greitis yra tiesiog proporcingas reaguojančių medžiagų molinių koncentracijų sandaugai. Pavyzdžiui, reakcijos mA + nB → pC + qD greitis v lygus: n v = k ⋅ cm A ⋅ cB,

čia

v – reakcijos greitis; cA,B – reaguojančių medžiagų molinės koncentracijos; k – tai reakcijai pastovus dydis, vadinamas reakcijos greičio konstanta. Reakcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros nusakoma van’t Hofo taisykle: Pakėlus temperatūrą 10°, reakcijos greitis padidėja du-keturis kartus. Ši priklausomybė aprašoma tokia lygtimi: v T2 v T1

čia

=

T2 − T1 γ 10

,

v T1 - reakcijos greitis esant T1 temperatūrai; v T2 - reakcijos greitis esant T2 temperatūrai;

γ - reakcijos greičio temperatūrinis koeficientas. Grįžtamos reakcijos ir cheminė pusiausvyra. Grįžtamos reakcijos yra tokios, kai reakcijos produktai reaguoja tarpusavyje ir susidaro pradinės medžiagos. Kai tiesioginės ir atgalinės reakcijos greičiai susilygina, kalbame apie cheminę pusiausvyrą. Bet kurios grįžtamosios reakcijos aA + bB ⇔ pC + qD Cheminės pusiausvyros konstanta apskaičiuojama pagal formulę: p q k1 c C ⋅ c D = = Kc , k 2 ca ⋅ cb A B

čia

Kc – cheminės pusiausvyros konstanta; cA, cB, cC, cD – pusiausvirosios medžiagų koncentracijos.

16

Pusiausvyros konstanta K priklauso nuo reaguojančių medžiagų prigimties ir nuo temperatūros, bet nepriklauso nuo medžiagų koncentracijos. Įvairių veiksnių įtaką pusiausvirajai būsenai nusako prancūzų mokslininko A. Le Šatelje principas: Jeigu pusiausvirąją sistemą veikia išoriniai veiksniai, t.y. bus keičiama temperatūra, slėgis arba medžiagų koncentracija, tai pusiausvyra pasislinks tokia kryptimi, kad išorinių veiksnių poveikis sumažėtų. Koncentracijos pokyčio įtaka: padidinus reaguojančių medžiagų koncentraciją arba sumažinus susidarančių medžiagų koncentraciją, pusiausvyra pasislenka į dešinę. Ir atvirkščiai – sumažinus reaguojančių medžiagų koncentraciją arba padidinus susidarančių medžiagų koncentraciją, pusiausvyra pasislenka į kairę. Slėgio pokyčio įtaka: didinant slėgį, pusiausvyra pasislenka ta kryptimi, kur susidaro mažesnis dujinių medžiagų molių skaičius. Temperatūros pokyčio įtaka: didinant temperatūrą, pusiausvyra pasislenka šilumos sunaudojimo, t.y. endoterminės reakcijos kryptimi, o mažinant temperatūrą – šilumos išskyrimo, t.y. egzoterminės reakcijos kryptimi. Literatūra: Bendroji chemija. (Petroševičiūtė O.) – Technologija, 2000. – p. 23-33. Bendroji chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. (Bartaševičienė B., Brazauskienė D., ir kt.) – Akademija, 2008.- p. 16-19. Chemijos uždavinynas. (Bartaševičienė B., Brazauskienė D., ir kt.) - Akademija, 2003. - p. 15-22. Bendroji chemija. (Buinevičienė G., Ivaškevičienė L., ir kt.) – Vilnius, 1991. – p.75-88. Atsiskaitymui: žinoti nuo kokių faktorių ir kaip priklauso reakcijos greitis. Mokėti nusakyti šias priklausomybes nusakančius dėsnius ir matematines išraiškas. Paaiškinti kas yra grįžtamos reakcijos, kaip apskaičiuojama šių reakcijų pusiausvyros konstanta, ką ji rodo ir nuo ko priklauso. Mokėti pritaikyti A. Le Šatelje principą vairių veiksnių įtakai pusiausvyrajai būsenai: Darbo tikslas: ištirti: a) reakcijos greičio priklausomybę nuo reaguojančių medžiagų koncentracijos; b) pusiausvyros poslinkio priklausomybę nuo medžiagų koncentracijos. Atlikus darbą, bus įgyti gebėjimai įvertinti įvairių reakcijų greičio kriterijus ir grįžtamų reakcijų cheminės pusiausvyros sąlygas. Šių žinių studentui reiks daugelio dalykų studijoms, darbe ir buityje, nes skirtingų medžiagų cheminių reakcijų greitis labai skirtingas. Įgytas žinias studentas galės pritaikyti praktijoje ir kasdieninėje veikloje, saugant gamtą ir siekiant racionalaus gamtos ir žmogaus technologinių veiksmų derinio. Bandymai:

1.

Reakcijos greičio priklausomybė nuo koncentracijos Šią priklausomybę galima susekti iš natrio tiosulfato reakcijos su sieros rūgštimi, kurios metu išsiskiria vandenyje netirpi siera: Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2S2O3 H2S2O3 = H2SO3 + S. Paėmę 2 chemines stiklinaites, į kiekvieną iš jų atskirai pamatuokite lentelėje pirmam bandymui nurodytus Na2S2O3, H2SO4 tirpalų bei vandens tūrius. Vieną iš stiklinaičių pastatykite ant popieriaus su nubrėžtu tinkleliu, į ją staiga supilkite antrojoje stiklinaitėje esantį tirpalą ir sekundometru pažymėkite reakcijos pradžią. Tirpalų mišinį stiklinaitėje lėtai maišykite ir iš viršaus stebėkite tinklelį. Kai nebesimatys tinklelio linijų, sekundometru pažymėkite reakcijos pabaigą, t.y. laiką (τ, s). Po to stiklines išplaukite ir atlikite lentelėje nurodytus 2 ir 3 bandymus. Tirpalų temperatūra visuose bandymuose turi būti pastovi. Gautus duomenis surašykite į lentelę.

17

Bandymo Nr. 1 2 3

I stiklinė 0,25 M Na2S2O3 H2O, ml tirpalo, ml 10 20 20 10 30 -

II stiklinė 0,25 M H2SO4 tirpalo, ml 10 10 10

Santykinė Na2S2O3 tirpalo koncentracija 1 2 3

Laikas (τ), sekundėmis

Pagal gautus duomenis nubraižykite grafiką, išreiškiantį reakcijos greičio priklausomybę nuo koncentracijos: abscisių ašyje atidėkite santykines Na 2S2O3 tirpalo koncentracijas, o ordinačių ašyje – reakcijos laiką sekundėmis. Parašykite reakcijos greičio lygtį pagal veikiančiųjų masių dėsnį ir išvadą, kaip priklauso reakcijos greitis nuo reaguojančių medžiagų koncentracijos. τ, sek

1

2

3

Santykinė koncentracija V═

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................

18

2.

Cheminės pusiausvyros poslinkis Į cheminę stiklinę įpilkite 5 ml 0,01 M FeCl 3, po to 5 ml 0,01 M NH 4SCN tirpalų. Gaunasi raudonos spalvos tirpalas, būdingas susidariusiam junginiui –(NH4)3[Fe(SCN)6]. Ši reakcija yra grįžtama: FeCl3 + 6NH4SCN ⇔ (NH4)3[Fe(SCN)6] + 3NH4Cl. Gautą raudoną tirpalą supilkite lygiomis dalimis į keturis mėgintuvėlius. Pirmąjį mėgintuvėlį palikite palyginimui, į antrąjį pridėkite kelis lašus sotaus FeCl3 tirpalo; į trečiąjį – kelis lašus sotaus NH4SCN tirpalo. Tirpalus mėgintuvėliuose sumaišykite. Į ketvirtąjį mėgintuvėlį pridėkite sausos NH4Cl druskos ir išmaišykite stikline lazdele. Parašykite šios reakcijos cheminės pusiausvyros konstantą (Kc) ir, remdamiesi spalvos intensyvumo kitimu 2, 3 ir 4-tame mėgintuvėliuose, paaiškinkite šios pusiausvyros poslinkius, kurie įvyko keičiant sistemoje esančių medžiagų koncentracijas (c). Kc ═ --------------------------------------Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

19

Laboratorinis darbas Nr. 4 DRUSKŲ HIDROLIZĖ Hidrolizė – tai medžiagos reakcija su vandeniu. Hidrolizės metu medžiagos sudėtinės dalys jungiasi su vandens H+ ir OH- jonais. Hidrolizuotis gali druskos, baltymai, esteriai, riebalai. Jei medžiagos reaguoja su kitais tirpikliais, tai šis procesas vadinamas solvolize. Neorganinėje chemijoje susiduriama su druskų hidrolize. Tai grįžtamas, priešingas neutralizacijai procesas: DRUSKA + H2O ⇔ RŪGŠTIS + BAZĖ Druskų hidrolize vadinama druskų jonų sąveika su vandeniu, kurios metu susidaro silpnieji elektrolitai ir dažniausiai pakinta tirpalo pH Druskos hidrolizės pobūdis priklauso nuo į jos sudėtį įeinančios rūgšties ir bazės stiprumo. Jeigu tirpale kaupiasi H+ jonai - tirpalo reakcija tampa rūgštinė pH<7. Jei tirpale kaupiasi OH- jonai - tirpalo reakcija tampa šarminė pH>7. Druskos, sudarytos iš silpnosios bazės ir silpnosios rūgšties hidrolizuojasi, sudarydamos silpnąją rūgštį ir silpnąją bazę. Tokių druskų tirpalų pH≈ 7 (gali būti silpnai šarminė, silpnai rūgštinė arba neutrali). Tai priklauso nuo susidariusių produktų disociacijos konstantų. Druskos, sudarytos iš stipriosios rūgšties ir stipriosios bazės nesihidrolizuoja. Jų vandeniniai tirpalai rodo neutralią reakciją (pH=7). Hidrolizės procesas kiekybiškai apibūdinamas hidrolizės laipsniu, kuris nusakomas hidrolizavusių molekulių skaičiaus (n) ir ištirpusių molekulių skaičiaus (N) santykiu:

αh =

n N

Druskų hidrolizės laipsnis priklauso nuo: druskų prigimties, tirpalo koncentracijos, temperatūros. Skiedžiant tirpalą ir didinant temperatūrą hidrolizės laipsnis didėja. Druskų hidrolizė vyksta dirvožemyje, gamtiniame vandenyje. Hidrolizės ir solvolizės procesai šiuo metu taikomi perdirbant plastikines atliekas. Todėl svarbu žinoti ir įvertinti hidrolizės pobūdį bei veiksnius, skatinančius ir stabdančius hidrolizę. Hidrolizės reakcijos užrašomos molekuline ir joninėmis (visa ir sutrumpinta) lygtimis. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 20-27. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 105-110. Neorganinių junginių reakcijos. (Bartaševičienė B. ir kt.) - Akademija, 2010. – p. 36-38. Atsiskaitymui: žinoti druskų hidrolizės proceso teorinius pagrindus; mokėti užrašyti druskų vandeninių tirpalų hidrolizės molekulines ir jonines lygtis (stadijomis) bei padaryti išvadas. Darbo tikslas: ištirti įvairių druskų (4 skirtingų tipų) sąveiką su vandeniu (hidrolizę), nustatant tirpalo reakciją. Įvertinti druskos tirpalo koncentracijos įtaką hidrolizės laipsniui. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti vandeninių druskų tirpalų pH naudojantis įvairiais cheminiais indikatoriais bei įvertinti druskų hidrolizės pobūdį. Bus pagilintos žinios apie vandenių tirpalų rūgštines ir bazines savybes, jas sąlygojančias neorganinių junginių tirpimo metu vykstančias jonines hidrolizės reakcijas, įvairius hidrolizės procesą įtakojančius faktorius. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi daugelio kitų dalykų (dirvotyros, mikrobiologijos, aplinkotyros srities dalykų) tolimesnėse studijose bei profesinėje veikloje.

20

1 Bandymas (eksperimentas):

Druskų hidrolizės pobūdis Atlikite nurodytų druskų (Na2CO3, NaCl, SnCl2, CH3COONH4) hidrolizės reakcijas. Įberkite į mėgintuvėlį keliolika kristalėlių druskos ir įpilkite 1-2 ml distiliuoto vandens. Indikatoriais fenolftaleinu ir metiloranžu nustatykite tirpalo terpę. Duomenis surašykite į lentelę: Indikatoriaus spalva Druskos formulė ir pavadinimas fenolftaleino

metiloranžo

Tirpalo pH (pH >,<,=,≈7)

Tirpalo terpė (rūgštinė, neutrali ar šarminė)

Ar vyksta hidrolizė?


Hidrolizės intensyvumo palyginimas Universaliuoju indikatoriumi išmatuokite 0,1 M Na3PO4, NaH2PO4 ir Na2HPO4 vandeninių tirpalų pH. Parašykite šių druskų hidrolizės molekulines ir jonines lygtis: I stadija (molekulinė ir joninė): ....................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .............. II stadija (molekulinė ir joninė): ....................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..............

21

III stadija (molekulinė ir joninė): ....................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .............. Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 3 Bandymas (eksperimentas):

Skiedimo įtaka druskų hidrolizei Į mėgintuvėlį įpilkite 1-2 ml bismuto nitrato Bi(NO3)3 tirpalo ir, purtydami mėgintuvėlį, į jį iš lėto pilkite distiliuotą vandenį, kol iškris baltos bismutilo nitrato (BiONO3) nuosėdos. Ši druska susidaro įvykus Bi(NO3)3 antros stadijos hidrolizei: Bi(OH)2NO3 → BiONO3 + H2O Parašykite Bi(NO3)3 pirmos ir antros stadijų hidrolizės molekulines ir jonines lygtis: I stadija (molekulinė ir joninė): ....................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .............. II stadija (molekulinė ir joninė): ....................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .............. Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

22


Data:

23

Laboratorinis darbas Nr. 5 DISPERSINĖS SISTEMOS Dispersinėmis - vadinamos sistemos, kuriose viena ar kelios medžiagos smulkių dalelių pavidalu yra tolygiai pasklidę (disperguotos) kitoje medžiagoje. Šios dalelės vadinamos dispersine faze, o medžiaga, kurioje jos pasklidusios - dispersine terpe. Pagal dispersinės fazės dalelių dydį (dispersiškumo laipsnį) dispersinės sistemos skirstomos: stambiadispersines sistemas (dispersinės fazės dalelių skersmuo α >100 nm); koloidines dispersines sistemas (α = 1÷100 nm); tikruosius tirpalus (α < 1 nm). Sistemos, kurių dispersinė terpė yra dujos, vadinamos aerozoliais, o kurių skysta – liozoliais (jei terpė vanduo – hidrozoliais). Sistemos su kieta terpe vadinamos kietaisiais zoliais. Koloidinės sistemos, kuriose dispersinė fazė nesąveikauja su dispersine terpe, vadinamos liofobinėmis, o kai sąveikauja su šia terpe – liofilinėmis. Jei dispersinė terpė vanduo, atitinkamai turime hidrofobines ir hidrofilines koloidines sistemas. Koloidiniai tirpalai dažniausiai gaunami dviem būdais: dispergavimo ir kondensacijos. Dispergavimas – tai stambiadispersių dalelių ar medžiagos smulkinimas. Kondensacija – tai stambinimo metodas, kai atomai, jonai ar molekulės jungiasi į koloidinio dydžio daleles. Literatūra: Bendroji chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2008. – p. 29-31. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 116-125. Heterogeninės dispersinės sistemos: koloidų chemijos matmenys. Mokomoji knyga. (Aušrienė M.) – Klaipėda: Klaipėdos universiteto leidykla, 2004. – p. 4-19. Atsiskaitymui: žinoti stambiadispersinių ir koloidinių sistemų savybes, gavimo būdus. Moketi parašyti micelių formules, paaiškinti jų sandarą. Darbo tikslas: pagaminti stambiadispersines sistemas (suspensiją ir emulsiją), apibūdinti jas. Pagaminti koloidinį tirpalą, ištirti elektrolitų įtaką jo koaguliacijai. Atlikus darbą, bus pagilintos žinios apie: stambiadispersinių sistemų (emulsijų, suspensijų) savybes; koloidinių tirpalų savybes, koloidinių dalelių struktūrą ir koloidinių tirpalų koaguliacijos ypatumus, veikiant įvairiems elektrolitams. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi kitų dalykų (dirvotyros, ekologijos) tolimesnėse studijose ir praktinėje veikloje. 1 bandymas (eksperimentas):

Suspensijos gavimas Į mėgintuvėlį įberkite nedaug kreidos miltelių ir iki pusės mėgintuvėlio tūrio įpilkite distiliuoto vandens. Mėgintuvėlį kelis kartus stipriai suplakite, kad milteliai tolygiai pasiskirstytų vandenyje ir pastatykite į stovą. Atlikdami kitus bandymus stebėkite, kaip sluoksniuojasi suspensija. Paaiškinkite, kas pagamintoje suspensijoje yra dispersinė fazė ir kas terpė, kokiomis savybėmis pasižymi ši sistema? …………………………………………………………………………………………………………..................... …………………………………………………………………………………………………………..................... 2 bandymas (eksperimentas):

Emulsijos gavimas ir stabilizavimas Į du mėgintuvėlius įpilkite po 8-10 lašų aliejaus ir iki pusės jų tūrio – distiliuoto vandens. Į vieną jų įlašinkite vieną lašą paviršinio aktyvumo medžiagos (PAM) tirpalo. Abu mėgintuvėlius užkimškite ir purtykite iki emulsijos susidarymo. Pastatykite mėgintuvėlius į stovą ir stebėkite, kuriame mėgintuvėlyje emulsija

24

sluoksniuojasi greičiau, nurodykite kas pagamintoje emulsijoje yra dispersinė fazė ir kas terpė. Paaiškinkite PAM reikšmę. ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………….................................……… 3 bandymas (eksperimentas):

Geležies hidroksido zolio gavimas kondensacijos būdu. Elektrolitų įtakos koloidinių tirpalų koaguliacijai nustatymas a) geležies hidroksido zolio gavimas. Geležies hidroksido zolis gaunamas kondensacijos būdu, vykstant geležies trichlorido hidrolizei: FeCl3 + 3 H2O → Fe(OH)3↓ + 3 HCl Stiklinaitėje užvirinkite 50 ml distiliuoto vandens ir po truputį į jį supilkite 2 ml 2% koncentracijos FeCl3 tirpalo. Pavirinkite 3 min, kol susidarys rausvai rudos spalvos geležies hidroksido zolis. Parašykite šio zolio micelės formulę. Stabilizuojantis elektrolitas yra FeCl3. FeCl3 = Fe3+ + 3Cl{ }    branduolys adsorbcinis sluoksnis difuzinis sluoksnis  koloidinė dalelė b) koaguliavimas Ataušinkite tekančio vandens srovėje pirmame bandyme pagamintą geležies hidroksido zolį. Į keturis mėgintuvėlius įpilkite po 5 ml šio zolio. Į pirmą mėgintuvėlį įlašinkite 0,5 ml 0,1 M konc. Na3PO4 tirpalo, į antrą – 0,5 ml 0,1 M Na2SO4 tirpalo, į trečią - 0,5 ml 0,1 M konc. NaCl tirpalo. Ketvirtą mėgintuvėlį palikite palyginimui. Mėgintuvėlius supurtykite, pastatykite į stovą ir užsirašykite, kuriame mėgintuvėlyje įvyko koaguliacija ir sedimentacija, kuriame tik koaguliacija, kuriame zolis dar nekoaguliavo. Kokie elektrolitų jonai sukelia zolio koaguliaciją? Koks ryšys tarp jų valentingumo ir koaguliacinės galios? Surašykite bandyme vartotus jonus iš eilės pagal jų poveikį zolio koaguliacijai: …………………………………………………………………………………………….................……………… ………………………………………………………………………………………………………...............…...... 4 bandymas (eksperimentas):

Geležies hidroksido zolio gavimas peptizuojant. Įpilkite į mėgintuvėlį apie 5 ml 4% konc. geležies trichlorido tirpalo ir apie 2 ml 2 M amonio hidroksido tirpalo. Tirpalus sumaišykite, vartydami mėgintuvėlį. Susidariusias geležies hidroksido nuosėdas nufiltruokite ir ant filtro tris kartus praplaukite nedideliu distiliuoto vandens kiekiu. Nuosėdas nuo filtro stikline lazdele perkelkite į švarų mėgintuvėlį, iki pusės jo tūrio pripilkite distiliuoto vandens. Vartydami mėgintuvėlį, viską gerai sumaišykite. Pusę mišinio nupilkite į kitą mėgintuvėlį. Vieną mėgintuvėlį palikite palyginimui, o į antrąjį įlašinkite 2-3 lašus sotaus FeCl3 tirpalo. Mišinį stipriai suplakite. Jei jis nepasidaro skaidrus, įlašinkite dar FeCl 3. Palyginkite abu mėgintuvėlius. Stebėkite kaip antrajame mėgintuvėlyje susidaro skaidrus geležies hidroksido zolis. Paaiškinkite FeCl3 reikšmę peptizacijai.

25

…………………………………........... ………………………………………………………………………......................................................................... ...................................................................................................................... Dėstytojo parašas:

Data:

26

Laboratorinis darbas Nr. 6 OKSIDACIJOS - REDUKCIJOS REAKCIJOS Reakcijos, kurių metu valentiniai elektronai pereina iš vienų atomų ar jonų į kitus, vadinamos oksidacijosredukcijos reakcijomis. Šiose reakcijose vienu metu vyksta du procesai: oksidacija ir redukcija. Vykstant oksidacijai atomai ar jonai netenka elektronų, redukcijos procese – prisijungia elektronus. Tokie atomai, molekulės arba jonai, kurie prisijungia elektronus, vadinami oksidatoriais, o kurie atiduoda, - reduktoriais. Oksidacijos-redukcijos metu kinta atomų oksidacijos laipsnis. Oksidacijos laipsnis – tai tariamas elemento atomo krūvis junginyje, kuris apskaičiuojamas laikant, kad molekulė sudaryta tik iš jonų. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 33-36. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 126-132. Atsiskaitymui: žinoti oksidacijos-redukcijos proceso teorinius pagrindus; mokėti užrašyti metalų sąveikos su rūgštimis ir šarmais oksidacijos-redukcijos lygtis ir padaryti išvadas. Darbo tikslas: ištirti metalų sąveiką su įvairių koncentracijų rūgštimis ir natrio šarmu (NaOH). Įvertinti KMnO4 oksidacinį aktyvumą skirtingo pH tirpaluose. Atlikus darbą, studentai supras metalų sąveikos su rūgštimis procesus, įgis gebėjimų pritaikyti tai praktikoje. Kadangi didėjant aplinkos taršai dažniau iškrinta ir rūgštūs krituliai, kurie įtakoja automobilių koroziją. 1 Bandymas (eksperimentas):

Metalų sąveika su rūgštimis Atlikite metalų sąveikos su rūgštimis reakcijas pagal žemiau pateiktą lentelę. Rūgštis Metalas Fe Cu Zn

H2SO4 HCl

praskiesta

HNO3 koncentruota

labai praskiesta

praskiesta

koncentruota

Rūgščių imkite po 2 ml. Jei metalai netirpsta, pašildykite. Naudodamiesi pateikta lentele, parašykite oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis, išlyginti koeficientus. Fe +

HCl

Fe +

H2SO4 (prask.)

Fe +

H2SO4 (konc.)

27

Fe +

HNO3(l.prask.)

Fe +

HNO3(prask.)

Fe +

HNO3(konc.)

Cu +

HCl

Cu +

H2SO4(prask.)

Cu +

H2SO4(konc.)

Cu +

HNO3(l.prask.)

Cu +

HNO3(prask.)

Cu +

HNO3(konc.)

28

Zn +

HCl

Zn +

H2SO4(prask.)

Zn +

H2SO4(konc.)

Zn +

HNO3(l.prask.)

Zn +

HNO3(prask.)

Zn +

HNO3(konc.)

Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 2 Bandymas (eksperimentas):

Metalų sąveika su šarmais Įlašinkite į 2 mėgintuvėlius po 1-2 ml konc. NaOH tirpalo ir juose atskirai ištirpinkite aliuminį ir cinką. Jei reakcija nevyksta, pašildykite. Parašykite. oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis, išlyginti koeficientus.

29

Al +

H2O + NaOH

Zn +

H2O + NaOH

Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 3 Bandymas (eksperimentas):

Oksidacijos-redukcijos reakcijos skirtingo pH tirpaluose a) į 2 ml 4% Na2SO3 tirpalo įpilkite 2 ml praskiestos H2SO4 ir 1 ml 0,05M KMnO4 tirpalo. Stebėkite spalvos pasikeitimą. Parašykite oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis, išlyginti koeficientus, kai pH<7. KMnO4 +

Na2SO3 +

H2SO4 → MnSO4 + …

b) į 3 ml 0,05M KMnO4 tirpalo įpilkite 1 ml 2N KOH tirpalo ir 1 ml 4% natrio sulfito tirpalo. Stebėkite spalvos pasikeitimą, parašykite oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis, išlyginti koeficientus, kai pH>7. KMnO4 +

Na2SO3 +

KOH → K2MnO4 + …

c) į 2 ml 0,05M KMnO4 tirpalo įlašinkite Na2SO3 tirpalo, kol susidarys rusvos nuosėdos. Parašykite oksidacijos-redukcijos reakcijų lygtis, išlyginti koeficientus, kai pH=7. KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + KOH + …

Visus tris bandymus apibendrinkite, paaiškindami, kaip kinta KMnO4 oksidacinis aktyvumas priklausomai nuo tirpalo pH.

30

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

Metalų sąveikos su rūgštimis dujiniai produktai Rūgštys Metalai

HCl

H2SO4 Praskiesta Koncentruota H2 H2S*

N2O

Konentruota NO*

NH3

N2O

NO*

H2S*

NH3*

N2O

NO*

H2

H2S*

NH3

N2O

NO*

H2 H2

H2S SO2

NH3 NH3*

NO NO*

NO2 NO2*

NH3 NH3 − − − −

NO NO NO NO NO NO

NO2* NO2* NO2* NO2* NO2 NO2

Ca

H2

Mg

H2

H2

H2S*

Al

H2

H2*

Mn

H2

Zn Cr

H2 H2

Fe H2 H2 SO2* Ni H2 H2 SO2* Sn H2 H2 SO2 Pb H2* H2* SO2 Cu SO2 − − Ag SO2 − − * reakcija vyksta labai silpnai arba tam tikromis sąlygomis

Labai praskiesta NH3

HNO3 Praskiesta

31

Laboratorinis darbas Nr. 7 ELEKTROLIZĖ: GALVANINĖS DANGOS GAVIMAS Oksidacijos-redukcijos procesai, vykstantys elektrolitų tirpaluose arba lydaluose, leidžiant per juos pastovią elektros srovę, vadinami elektrolize. Elektrolizės metu elektros energija yra paverčiama chemine energija. Elektrolizė vykdoma specialioje vonioje, vadinamoje elektrolizeriu. Elektrodas, prie kurio vyksta redukcija, vadinamas katodu (neigiamas elektrodas), o elektrodas, kuris oksiduojasi (tirpsta) arba prie jo oksiduojasi molekulės ar jonai – anodu (teigiamas elektrodas). Anodai gali būti tirpūs ir netirpūs (inertiniai). Netirpus anodas (anglies, platinos, grafito) yra tik elektronų nešiklis ir elektrolizės metu nekinta. Elektrolizė plačiai taikoma metalurgijos pramonėje metalams gauti bei gryninti (rafinuoti). Taip pat elektrolizės būdu gaunami ir nemetalai (pvz. Cl2, H2, O2) bei kitos cheminės medžiagos (pvz. NaOH). Elektrolizė taikoma ir įvairioms antikorozinėms ar dekoratyvinėms metalo dangoms gauti (galvanostegija) bei gaminant reljefinių paviršių metalines kopijas (galvanoplastika). Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – psl. 37-40. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 105-110. Atsiskaitymui: žinoti elektrolizės proceso teorinius pagrindus; mokėti užrašyti lydalų bei vandeninių tirpalų elektrolizės metu vykstančius anodinius ir katodinius procesus. Darbo tikslas: metalo paviršiuje gauti galvaninę (vario arba cinko) dangą, vykdant elektrolizę su tirpiu anodu. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai pritaikyti elektrolizės procesus galvanostegijoje, parinkti optimalias elektrolizės sąlygas, nustatyti galvaninės dangos storį, įvertinti elektrolizės procesų efektyvumą. Bus pagilintos žinios apie įvairių druskų vandeniuose tirpaluose bei lydaluose vykstančius elektrolizės procesus ir jų ypatumus, naudojamų elektrolitų bei elektrodų sudėtį ir savybes, faktorius įtakojančius galvaninės dangos storį bei kokybę. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi ŽŪIF studijų programų studentams tolimesnėse studijose bei profesinėje veikloje. Bandymas:

Galvaninis padengimas nikeliu arba variu 1. Išmatuokite ir apskaičiuokite dengiamos metalinės plokštelės (katodo) paviršiaus plotą (S) cm2 ir dm2 (pagal tai, kiek ji bus apsemta elektrolito tirpalo): S = ......... (cm2) = ......... (dm2) 2.

Apskaičiuokite reikalingą elektros srovės stiprį (I) amperais pagal šią formulę: I = ik ⋅ S = ...................... = ......... (A) čia:

ik – elektros srovės tankis A/dm2 (nikeliavimo atveju ik = 1 A/dm2; variavimo atveju ik = 0,5-1,25 A/dm2); S – plokštelės dengiamo paviršiaus plotas dm2.

3. Sausą plokštelę gerai nuvalykite švitriniu popieriumi (imkite tik už briaunų!) ir pasverkite analitinėmis svarstyklėmis 0,001 g tikslumu (duomenys užrašomi į lentelę): m1 = ......... (g)

32

4. Paruoškite plokštelę padengti: trumpam įmerkite į stiklinę su šarmo tirpalu, nuplaukite vandeniu ir vėl trumpam įmerkite į druskos rūgšties tirpalą. Po to plokštelę nuplaukite paprastu ir distiliuotu vandeniu. Jei ant plokštelės laikosi vandens lašai, vadinasi riebalai pašalinti blogai ir visas operacijas reikia pakartoti.

5. Paruoštą katodą (imkite tik už briaunų!) kabinkite į elektrolizės vonelę. Nurodyto elektrolito pilkite tiek, kad jis tiksliai apsemtų išmatuotą plokštelės paviršiaus plotą. 6. Sujunkite aparatūrą pagal schemą (1 pav.). Dėstytojui patikrinus, pasižymėkite laiką ir įjunkite srovę. Reikiamą srovės stiprį nustatykite prietaiso rankenėle, sekdami ampermetro rodmenis.

1 pav. Elektrolizės schema 1 – srovės lygintuvas; 2 – ampermetras; 3 – elektrolizės vonelė; 4 – dengiamoji plokštelė (katodas); 5 – tirpus anodas (Ni arba Cu)

7. Po 30 min srovę išjunkite. Plokštelę išimkite iš vonios, nuplaukite distiliuotu vandeniu ir, išdžiovinę 110-120o C temperatūroje, pasverkite (duomenys užrašomi į lentelę): m2 = ......... (g)

8. Pagal padengtos ir nepadengtos plokštelės svorių skirtumą apskaičiuokite ant katodo nusėdusio nikelio arba vario faktinę masę (mf). mf = m2 – m1 = ......... (g)

9.

Teorinį nusodinto metalo kiekį (mt) gramais apskaičiuokite pagal lygtį (I Faradėjaus dėsnis):

mt = čia

E⋅Q = 96500

_____________

=

......... (g)

E – nusėdusio metalo elektrocheminis ekvivalentas; Q – pratekėjusios pro tirpalą elektros srovės kiekis, C.

Dydį Q (kulonais, C) apskaičiuokite pagal šią formulę: Q= I⋅ t = čia

10.

.................... =

......... (C)

I – elektros srovės stipris, A; t – padengimo laikas, s.

Iš faktinės ir teorinės masių santykio raskite dangos išeigą η pagal srovę:

η=

mf ⋅ 100 mt

(%) =

________

. 100 (%) =

......... (%)

33

11.

Metalo dangos storį (d) centimetrais apskaičiuokite taip:

d=

V = S

kur

čia

12.

_______

V=

=

mf = ρ

......... (cm)

_______

=

......... (cm)

V – metalo dangos tūris cm3; S – metalo dangos plotas cm2; mf – metalo dangos faktinė masė g; ρ - metalo tankis (ρNi – 8,8 g/cm3, ρCu – 8,9 g/cm3).

Apskaičiuotą dangos storį paverskite mikrometrais (1 µm = 10-6 m). Duomenis surašykite į lentelę: Plokštelės masė, g Nepadengtos Padengtos m2 m1

Nusodinto metalo masė, g Faktinė Teorinė mf mt

Metalo išeiga

Dangos storis

η, %

d, µm

Išvados: Parašykite nikeliavimo arba variavimo procesų elektrochemines lygtis bei darbo išvadas: Katodinis procesas: - (K) ...................................................................................................................................................... Anodinis procesas:

+ (A) ......................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

34

Laboratorinis darbas Nr. 8 METALŲ KOROZIJA Metalų korozija – tai savaiminis metalų irimas dėl aplinkos cheminio ar elektrocheminio poveikio. Skirstoma į cheminę (vyksta metalams sąveikaujant su sausomis dujomis, oru arba nelaidžiais elektrai skysčiais) ir elektrocheminę koroziją (metalų irimas elektrai laidžioje aplinkoje). Elektrocheminė korozija skirstoma į atmosferos, gruntinę, vandeninę (jūrinę), biologinę, elektrokoroziją. Kai kurie metalų apsaugos nuo korozijos būdai. Metalinės dangos. Plieną padengus ne tokiais aktyviais kaip geležis metalais (nikeliu, variu), gauta danga vadinama katodine. Ši danga neapsaugo plieno nuo korozijos, nes, ją pažeidus, susidaro korozinės galvaninės poros, kuriose katodu esti dengiantysis metalas, o anodas – geležis, kuri ir tirpsta (koroduoja). Padengus geležį aktyvesniu metalu (manganu, cinku, aliuminiu), gaunama anodinė danga. Pažeidus tokią dangą, anodu tampa dengiantysis metalas, kuris, pats tirpdamas (koroduodamas), apsaugo geležį nuo korozijos. Nemetalinės dangos. Jos būna: neorganinės (emalinės, keraminės, cementinės), organinės (lakai, dažai, dervos, gumos, tepalai). Cheminės dangos. Gaunamos metalo paviršiuje sudarius metalų oksidų, fosfatų ar kitų netirpių junginių plėveles). Medžiagos, kurios spartina koroziją, vadinamos aktyvatoriais (depasyvatoriais). Tai Cl-, Br-, J-, F- jonai, kurie adsorbuojasi metalo paviršiuje, ardo apsauginę plėvelę, mažina metalo potencialą. Literatūra: Bendroji chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2008. – p. 42-44. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 175-184. Atsiskaitymui: žinoti korozijos proceso teorinius pagrindus; mokėti užrašyti elektrocheminės korozijos metu vykstančius anodinius ir katodinius procesus. Darbo tikslas: Nustatyti ir apskaičiuoti plieno korozijos greitį; susipažinti su anodinemis, katodinėmis ir cheminėmis apsauginėmis dangomis, korozijos proceso aktyvatoriais. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti ir apskaičiuoti plieno korozijos greitį; įvertinti anodinių ir katodinių apsauginių dangų efektyvumą, korozijos aktyvatorių bei pasyvatorių įtaką korozijos procesui. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi ŽŪIF, HT, VAIV studijų programų studentams tolimesnėse studijose ir praktinėje veikloje. 1 bandymas (eksperimentas):

Plieno korozijos greičio nustatymas Paimkite 6× 9 cm dydžio plieno plokštelę ir pamerkite į kolbutę su 20% sieros rūgšties tirpalu, Pusę valandos stebėkite, kaip skiriasi vandenilis. Kas 5 minutės pasižymėkite jo tūrį biuretėje. Duomenis surašykite į lentelę:

5

10

Vandenilio tūris V ml po min. 15 20 25

30

60

Pagal gautus duomenis nubrėžkite kreivę: x ašyje žymimas laikas, y ašyje – išsiskyrusio vandenilio tūris.

35

H2, ml

t, min Apskaičiuokite korozijos greitį g/(m2⋅ h) (ištirpusio metalo kiekis g, tenkantis metalo paviršiaus 1 m2, per valandą). Skaičiavimai: nustatydami korozijos greitį, per valandą standartinėmis sąlygomis (s.s.) išsiskyrusio vandenilio tūrį V0 prilyginkite eksperimentiškai gautam po valandos išsiskyrusio vandenilio tūriui: V0 = V60. Pagal reakcijos lygtį Fe + H2SO4 →Fe SO4 + H2↑ Apskaičiuokite ištirpusios nuo tiriamosios plokštelės paviršiaus ploto geležies kiekį per valandą: 56g - 22,4 l H2 (s.s.) x g - V0 l ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .. .................................................................................................................................................................................. xFe = ............g Apskaičiuokite korodavusios plieno plokštelės plotą. Kadangi korodavo abi plokštelės pusės, taigi korodavusios plieninės plokštelės plotas yra 2× 6× 9 = .......... cm2 = ................m2 Apskaičiuokite plieno korozijos greitį g/m2· h: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Plieno korozijos greitis .......................... g/m2· h .

2 bandymas (eksperimentas):

Cinkuoto ir alavuoto plieno korozijos nustatymas

36

Į stiklinaitę įpilkite 30 ml distiliuoto vandens, įlašinkite 2 lašus sieros rūgšties tirpalo (1:1) ir 2 lašus kalio heksaciano ferato (III) K3[Fe(CN)6] 4% konc. tirpalo. Gautą tirpalą padalinkite į du mėgintuvėlius. Į vieną mėgintuvėlį įmeskite cinkuotos skardos, o į kitą – alavuotos. Jei geležis sieros rūgštyje tirpsta, pasigaminęs dvivalentės geležies jonas reaguoja su kalio heksacianoferatu ir susidaro mėlynos spalvos netirpus junginys Fe3[Fe(CN)6]2.

a) cinkuota skarda. Kadangi danga neištisinė, susidaro korozinis galvaninis elementas Zn/H2SO4/Fe. Randame geležies ir cinko elekrodinius potencialus pagal pateiktą lentelę: Įvairiuose tirpaluose esančių metalų potencialai

Elektrodas 2+

Mn /Mn Zn2+/Zn Fe2+/Fe Ni2+/Ni Sn2+/Sn 2H+/H2 Cu2+/Cu

ϕ °,V [Me ]= l mol/1

Stacionarūs potencialai (tirpalas neturi elektrodo metalo jonų)

n+

Neutralus (ϕ, V)

Rūgštus (ϕ, V)

Šarminis (ϕ, V)

−1,00 −0,88 −0,42 −0,01 −0,21

-0,88 −0,84 −0,32 −0,03 −0,25

−0,72 −1,13 −0,10 -0,04 −0,84

+0,06

+0,15

+0,03

−1,18 −0,76 −0,44 −0,25 −0,14 0,00 +0,34

φZn = ……..V, φFe = ………V. Cinko danga bus................................ nes

rūgščiame tirpale cinko elektrodinis potencialas

………………….. už geležies potencialą. Vyks šios reakcijos: .............................................................ant anodo paviršiaus .............................................................ant katodo paviršiaus K3[Fe(CN)6] tirpalo spalva nepakito. Tai rodo, kad jame nėra..........jonų. Išvada: Tirpsta aktyvesnis korozinės poros komponentas, tai yra .......

b) alavuota

skarda. Veikiant Fe/H2SO4/Sn koroziniam galvaniniam elementui, anodu bus .................................., nes rūgščiame tirpale alavo elektrodinis potencialas ................................ už geležies potencialą: φFe = ….......V, φSn = …........V. Vyks šios reakcijos: .......................................................................ant anodo paviršiaus .......................................................................ant katodo paviršiaus

K3[Fe(CN)6] tirpalas nusidažė mėlyna spalva. Tai rodo, kad jame yra ....... jonų. Išvada:

37

Tirpsta aktyvesnis korozinės poros komponentas, tai yra ..... 3 bandymas (eksperimentas):

Metalų pasyvinimas Į mėgintuvėlį įpilkite 2-3 ml druskos rūgšties (1:2) tirpalo ir įmeskite aliuminio plokštelę. Kai pradės skirtis vandenilis, plokštelę išimkite, nuplaukite vandeniu ir įmeskite į mėgintuvėlį su 2 ml 10 % konc. kalio dichromato tirpalo. Plokštelę palaikykite 6-8 minutes, nuplaukite vandeniu ir įmeskite į mėgintuvėlį su 2-3 ml konc. druskos rūgšties. Paaiškinkite, kodėl aliuminio plokštelė druskos rūgštyje netirpsta? ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 4 bandymas (eksperimentas):

Korozijos aktyvatoriaus vaidmens nustatymas Įpilkite į vieną mėgintuvėlį 4% vario sulfato, o į antrą 4% vario chlorido tirpalo. Į abu mėgintuvėlius įmeskite po aliuminio gabalėlį. Paaiškinkite, kodėl vario sulfato tirpale aliuminis netirpsta, o vario chlorido tirpale – tirpsta. ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

38

Laboratorinis darbas Nr. 9 KOKYBINĖ ANALIZĖ: KATIJONŲ - ANIJONŲ MIŠINIO KOKYBINĖ ANALIZĖ Analizinė chemija nagrinėja medžiagų kokybinės ir kiekybinės sudėties nustatymo metodus. Kokybinė analizė naudojama nustatyti, kokie cheminiai elementai ar jonai yra tiriamoje medžiagoje. Tam taikomi fizikiniai, fizikiniai-cheminiai ir cheminiai analizės metodai. Naudojant cheminius kokybinės analizės metodus, tiriamoji medžiaga yra ištirpinama ir joje esantys katijonai ir anijonai nustatomi paruoštame tirpale. Naudojami specialūs reagentai, kurie su atitinkamais jonais sudaro spalvotus junginius, nuosėdas, kvapias medžiagas, dujas ir pan. Reagentų ir jonų sąveikos reakcijos vadinamos kokybinėmis reakcijomis. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – psl. 47-51. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 105-110. Atsiskaitymui: žinoti katijonų bei anijonų atpažinimo reagentus ir atpažinimo požymius, mokėti parašyti reakcijos lygtis. Darbo tikslas: išmokti nustatyti, kokie jonai yra tiriamoje medžiagoje. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai kokybiškai nustatyti, kokiais cheminiais elementais ar jonais yra užterštas nežinomos kilmės skystis ar dirvožemis. Bus pagilintos žinios apie kokybinėje analizėje taikomus fizikinius, fizikinius-cheminius ir cheminius analizės metodus, kokybinėje analizėje naudojamų reagentų paskirtį. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi MEF studijų programų studentams tolimesnėse studijose bei profesinėje veikloje. Bandymai:

1. Katijonų NH4+, Na+, K+, Ca2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+ atpažinimas 1. NH4+ randamas vykstant reakcijai su šarmais ir atpažįstamas pagal aštrų išsiskiriančio amoniako kvapą: ............ + ............ → ............ + ............ ↑ + ............. Amonio chloridas + kalio šarmas → kalio chloridas + amoniakas↑ + vanduo Eiga: mėgintuvėlyje į 1 ml tiriamojo tirpalo įdedami 2 gabaliukai KOH, suplakama ir atsargiai pauostoma. Jei jaučiamas aštrus NH3 kvapas, tirpale yra NH4+ jonų. 2. Na+ randamas vykstant reakcijai su kalio dekavanadatu - K6[V10O28] ir atpažįstamas pagal geltonų kristalinių nuosėdų susidarymą: ............ + ............ → ............ ↓ + ............. Natrio chloridas + kalio dekavanadatas → tetrakaliodinatrio dekavanadatas↓ + kalio chloridas Eiga: Trukdantys dvivalenčių metalų jonai sujungiami į citratinius kompleksus. Mėgintuvėlyje keli lašai tiriamojo tirpalo sumaišomi su tokiu pat tūriu kalio citrato tirpalo, po to lašinamas reagentas K 6[V10O28]. Jei susidaro geltonos blizgančios nuosėdos, tirpale yra Na+ jonų. 3. K+ randamas vykstant reakcijai su perchloro rūgštimi - HClO4 ir atpažįstamas pagal baltų kalio perchlorato nuosėdų susidarymą: ............ + ............ → ............ ↓ + ............. kalio chloridas + perchloro rūgštis → kalio perchloruotas ↓ + druskos rūgštis

39

4. Ca2+ randamas vykstant reakcijai su kalio oksalatu – K2C2O4 ir atpažįstamas pagal baltų kalcio oksalato nuosėdų susidarymą: ............ + ............ → ............ ↓ + ............. kalcio chloridas + kalio oksalatas → kalcio oksalatas↓ + kalio chloridas Trukdantys dvivalenčių metalų jonai sujungiami į citratinius kompleksus. Mėgintuvėlyje keli lašai tiriamojo tirpalo sumaišomi su tokiu pat tūriu kalio citrato tirpalo, po to lašinamas reagentas K2C2O4. Jei skystis pabąla nuo susidariusių baltų CaC2O4 nuosėdų, tirpale yra Ca2+ jonų. 5. Cu2+ randamas vykstant reakcijai su amoniako NH3 tirpalu ir atpažįstamas pagal mėlynos spalvos kompleksinio junginio susidarymą: ............ + ............ → ............ Vario sulfatas + amoniakas → vario tetraamoniako sulfato kompleksas. 6. Fe2+ randamas vykstant reakcijai su kalio heksaciano feratu (III) – K3[Fe(CN)6] ir atpažįstamas pagal mėlynos spalvos nuosėdų susidarymą: ............ + ............ → ............ ↓ + ............. Geležies(II) sulfatas + kalio heksaciano feratas → geležies(II) heksaciano feratas↓ + kalio sulfatas. 7. Fe3+ randamas vykstant reakcijai su amonio tiocianatu – NH4SCN ir atpažįstamas pagal raudonos spalvos kompleksinio junginio susidarymą: ............ + ............ → ............ + ............. Geležies (III) nitratas + amonio tiocianatas → amonio geležies(III)heksa tiociano kompleksas + amonio nitratas.

2. Anijonų CO32-, Cl-, SO42-, NO3-, PO43- atpažinimas Reakcijų CO32-, Cl-, SO42- anijonams atpažinti atlikimas Mėgintuvėlyje į 1 ml tiriamojo tirpalo įlašinami 3-4 lašai 6M HNO3 tirpalo. Jei lašų kritimo momentu gausiai skiriasi CO2 burbuliukai, tirpale yra CO32- anijonų. Šis parūgštintas tirpalas padalijamas į dvi dalis. Į pirmą mėgintuvėlį įlašinamas lašas AgNO3 tirpalo. Jei susidaro baltos AgCl nuosėdos, tirpale yra Cl- anijonų. Į antrą mėgintuvėlį įpilama BaCl2 tirpalo. Jei susidaro baltų BaSO4 nuosėdų, tirpale yra SO42- anijonų. 1. CO32- randamas vykstant reakcijai su rūgštimis ir atpažįstamas pagal anglies dioksido burbuliukų išsiskyrimą: ............ + ............ → ............ + ............. ↑+ ............. Natrio karbonatas + azoto rūgštis → natrio nitratas + anglies dvideginis ↑+ vanduo 2. Cl- randamas vykstant reakcijai su sidabro nitratu susidarymą:

ir atpažįstamas pagal baltų AgCl nuosėdų

............ + ............ → ............ ↓ + ............. Kalcio chloridas + sidabro nitratas → sidabro chloridas↓ + kalcio nitratas. 3. SO42- randamas vykstant reakcijai su bario chloridu ir atpažįstamas pagal baltų BaSO4 nuosėdų susidarymą:

40

............ + ............ → ............ ↓ + ............. Kalio sulfatas + bario chloridas → bario sulfatas ↓ + kalio chloridas. 4. NO3- randamas vykstant reakcijai su difenilaminu ir atpažįstamas pagal tamsiai mėlynos spalvos junginio susidarymą. Reakcijos atlikimas. Mėgintuvėlyje į 1 ml difenilamino tirpalo (difenilaminas ištirpintas konc. H2SO4) įlašinamas vienas lašas tiriamojo tirpalo. Jei skystis nusidažo tamsiai mėlyna spalva, tirpale yra NO3- anijonų. 5. PO43- randamas vykstant reakcijai su amonio molibdatu – (NH4)2MoO4 ir atpažįstamas pagal geltonos spalvos (NH4)3[PMo12O40] nuosėdų susidarymą. Reakcijos atlikimas. Mėgintuvėlyje į 1 ml (NH4)2MoO4 tirpalo įlašinami 1 - 2 lašai 6M HNO 3 tirpalo ir maišoma, kad susidariusios baltos nuosėdos visiškai ištirptų. Po to į šį tirpalą įlašinami 2-3 lašai tiriamojo tirpalo. Jei susidaro ryškiai geltonos nuosėdos, tirpale yra PO43- anijonų. Išvados: Tirpale rasta......................................katijonų Rasta....................................... anijonų Tiriamasis tirpalas gautas ištirpinus distiliuotame vandenyje šias ..................................................................................................................................druskas.


Data:

41

Laboratorinis darbas Nr. 10 KIEKYBINĖ ANALIZĖ: BENDROJO VANDENS KIETUMO NUSTATYMAS Kietumą vandeniui suteikia jame esantys kalcio (Ca) ir magnio (Mg) katijonai. Kietumas išreiškiamas Ca ir Mg jonų ar jų druskų milimolių skaičiumi viename litre vandens (mmol/l). Kietumas skirstomas į: Karbonatinį (laikinąjį) kietumą - KL Jį sudaro kalcio ir magnio vandenilio karbonatai - Ca(HCO3)2 ir Mg(HCO3)2; Nekarbonatinį (pastovųjį) kietumą - KP Jį sudaro kalcio ir magnio sulfatai ir chloridai – CaSO4, Mg SO4, CaCl2, MgCl2. Bendrąjį kietumą - KB Jį sudaro karbonatinis ir nekarbonatinis kietumas: KB = KL + KP Vanduo skirstomas į: labai minkštą KB minkštą KB vidutinio kietumo KB kietą KB labai kietą KB

< 0,75 mmol/l 0,75-2 mmol/l 2-4 mmol/l 4-6 mmol/l > 6 mmol/l

Kalcio ir magnio druskos kenkia katilinių ir kitiems pramonės įrengimams, nes sudaro nuosėdas vamzdynuose, todėl jis yra minkštinamas. Vandens minkštinimas – dalinis ar visiškas kalcio ir magnio jonų pašalinimas iš vandens. Dažniausiai vanduo minkštinamas cheminiais metodais, kurie skirstomi į nusodinimo ir jonų mainų metodus. Karbonatinį vandens kietumą galima pašalinti virinant, veikiant gesintomis kalkėmis (Ca(OH)2). Nekarbonatiniam vandens kietumui pašalinti naudojama soda (Na2CO3) arba natrio fosfatas (Na3PO4). Šiuo metu vandeniui minkštinti plačiai naudojamas jonų mainų metodas. Tam yra naudojami aliumosilikatai arba sintetiniai jonitai. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 51-54. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V., 1991. – p. 348-353. Atsiskaitymui: žinoti, kas sudaro vandens kietumą, kaip jis nustatomas ir šalinamas, kaip pagal kietumą klasifikuojamas vanduo, mokėti apskaičiuoti vandens kietumą ir kietumui šalinti reikalingų medžiagų kiekį. Darbo tikslas: nustatyti bendrąjį vandens kietumą kompleksonometriniu metodu. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti vandens kietumą cheminės analizės metodu, pagal gautus rezultatus įvertinti vandens kokybę ir jo tinkamumą naudoti atitinkamuose technologiniuose procesuose, parinkti optimalius vandens minkštinimo būdus. Bandymas (eksperimentas): Metodo esmė. Kalcio ir magnio jonų koncentracija nustatoma titruojant mėginį natrio etilendiamintetraacetato (EDTA, trilono B) tirpalu šarminėje terpėje (pH=10), naudojant indikatorių eriochromo T juodąjį. Pastarasis su vandenyje esančiais kalcio, po to su magnio jonais sudaro kompleksinį vyšninėsvioletinės spalvos junginį. Titruojant EDTA reaguoja su kalcio ir magnio jonais, sudarydamas kompleksinius junginius ir išstumdamas indikatorių iš jo kompleksinio junginio su šiais jonais. Laisvas indikatorius yra mėlynos spalvos, todėl ekvivalentiniame taške, kai visi Ca2+ ir Mg2+ jonai sujungti su EDTA, tirpalas nusidažo mėlynai. Reagentai: EDTA 0,01 mol/l tirpalas, buferinis tirpalas, indikatorius eriochromo T juodasis.

42

Mėginio analizė Į kūginę kolbą įpilkite 20 ml tiriamo vandens ir 50 ml distiliuoto vandens. Į mėginį įpilkite 5 ml buferinio tirpalo ir įberkite 10-15 mg indikatoriaus, kad tirpalas įgautų vyšninę-violetinę spalvą. Titruokite 0,01 mol/l EDTA tirpalu, kol tirpalas įgaus ryškią mėlyną spalvą. Tiriamąjį vandenį analizuokite du kartus, rezultatu imkite dviejų titravimų vidurkį (vvid). Bendrąjį vandens kietumą apskaičiuokite pagal formulę:

KB = čia

v vid . ⋅ c M ⋅ 1000 , mmol/l V

KB - bendras vandens kietumas mmol/l; vvid. - mėginio titravimui suvartotas EDTA tirpalo tūris (dviejų bandymų vidurkis) ml; cM - EDTA tirpalo molinė koncentracija (0,01 mol/l); V- analizei paimtas tiriamojo vandens tūris ml. Rezultatai:

Tirpalas ekvivalentiniame taške keitė spalvą iš ........................................į................................... Mėginio titravimui sunaudotas EDTA tirpalo tūris v1 = ..................ml v2 = ..................ml vvid. = ................ml

KB =

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− =

mmol/l

Analizės rezultatai 0,00-10,0 mol/l kietumo intervale pateikiami dešimtųjų tikslumu, o kietumo reikšmės didesnės kaip 10,0 mmol/l - sveikaisiais skaičiais. Išvada: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

43

Laboratorinis darbas Nr.11 VANDENS ANALIZĖ: JONOMETRINĖ ANALIZĖ, pH-NUSTATYMAS (fizinių vandens savybių, nitratų koncentracijos nustatymas) Fizinės vandens savybės yra temperatūra, skonis, kvapas, skaidrumas, spalva, spalvos intensyvumas, skendinčių, ištirpusių medžiagų kiekis vandenyje, pH. Skaidrumas. Vandens skaidrumą lemia jo spalva ir drumzlės, t.y. jame esančios skendinčios organinės ir mineralinės medžiagos. Matuojamas Sneleno cilindrais, o jų neturint, 2,5 cm skersmens ir 30 cm aukščio plokščiadugniais graduotais cilindrais. Spalva. Gamtinio vandens spalvą lemia jame esančios humusinės medžiagos ir trivalentės geležies junginiai. Jos nudažo vandenį įvairiais geltonos-rudos spalvos atspalviais. Nuotekų spalva gali būti labai įvairi. Ji priklauso nuo jose vyraujančių medžiagų ir technologinių procesų, kuriuose nuotekos susidaro. Spalva nustatoma vizualiai arba lyginant su etalonais. Vandens pH. pH dydis ir jo kitimas turi įtakos daugeliui vandenyje vykstančių procesų. Nuo vandens terpės (rūgštinė ar šarminė) priklauso vandenyje vykstančių biologinių ir biocheminių procesų greitis, cheminių elementų migracijos formos, vandens agresyvumas metalo konstrukcijoms, betonui. pH matuojamas potenciometriniu metodu, naudojant stiklo elektrodą. Šis metodas pagrįstas elektrovaros jėgos matavimu elektrodinėje grandinėje, kuri sudaryta iš dviejų elektrodų: lyginamojo, kurio potencialas (E1) yra pastovus, ir stiklo elektrodo, kurio potencialas (E2) priklauso nuo H+ koncentracijos tirpale. Pamerkus elektrodus į tiriamą tirpalą išmatuojama elektrovaros jėga, kuri lygi šių potencialų skirtumui: E = E 2 – E1. Prietaiso skalė graduojama pH vienetais, o prietaisas vadinamas pH-metru. Kaip juo naudotis, nurodyta instrukcijoje, tačiau yra bendra taisyklė, kurios reikia laikytis dirbant su bet kokios konstrukcijos prietaisu: prieš pradedant matuoti pH, prietaisą reikia kalibruoti pagal standartinius tirpalus, kurių pH yra pastovus, t.y. pagal buferinius tirpalus. pH reikšmė priklauso nuo temperatūros. Temperatūros įtakai reguliuoti pH – metre yra įmontuojamas temperatūrą kompensuojantis elektrodas. Azoto junginiai vandenyje. Azotas vandenyje gali būti organinių ir neorganinių junginių sudėtyje. Biologiškai svarbiausi yra neorganiniai azoto junginiai: amonio druskos, nitratai ir nitritai. Jie tarpusavyje glaudžiai susiję ir, esant tam tikroms sąlygoms, gali virsti vieni kitais: NH4+↔ NO2-↔ NO3Nitratai ir nitritai pavojingi žmogui. Jų kiekiai turi neviršyti Lietuvos higienos normoje nurodytų ribinių verčių. Paprasčiausias nitratų koncentracijos nustatymo vandenyje metodas – jonometrinis. Nitratams nustatyti sudaroma elektrodinė grandinė iš jautraus nitrato jonui elektrodo, kurio potencialas proporcingas nitratų jonų koncentracijai tirpale ir lyginamojo, kurio potencialas pastovus. Šios matavimo grandinės EVJ lygi elektrodų potencialų skirtumui: E = ENO3 - Elyg.. Prietaisas kalibruojamas naudojant standartinius nitratų tirpalus. Literatūra: Vandens būklės kontrolės laboratoriniai darbai II dalis. (Rutkovienė V., Gražulevičienė V., Česonienė L.) – LŽŪU. Akademija, LŽŪU Leidybos centras, 2006. – p. 67. Atsiskaitymui: žinoti vandens fizinius ir toksinius kokybės rodiklius, jų nustatymo metodus. Darbo tikslas: nustatyti pateikto vandens pavyzdžio skaidrumą, spalvą, spalvos intensyvumą, pH, nitratų koncentraciją jame. Palyginti gautus rezultatus su Lietuvos higienos norma HN 24:2003 „Geriamojo vandens saugos ir kokybės reikalavimai“ nurodytomis ribinėmis vertėmis. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti vandens bei nuotekų fizines savybes (spalvą, spalvos intensyvumą, skaidrumą), pH ir nitratų koncentraciją vandenyje. Studentai susipažins su pH, nitratų koncentracijos nustatymo metodais. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi VAIV ir HT studijų programų studentams kitų dalykų (dirvotyros, ekologijos, hidrologijos) tolimesnėse studijose ir praktinėje veikloje. 1 bandymas (eksperimentas):

44

Skaidrumo nustatymas Nustatant vandens skaidrumą matuojamas vandens stulpo aukštis, pro kurį žiūrint iš viršaus aiškiai matyti standartinio dydžio raidės. Suplaktas tiriamasis vanduo supilamas į 2,5 cm skersmens, 30 cm aukščio cilindrą. 2 cm atstumu nuo cilindro dugno padedamas standartinis šriftas su 3,5 mm aukščio raidėmis ir, žiūrint iš viršaus, pro vandens sluoksnį bandoma perskaityti raides. Jei jos neįskaitomos, vanduo iš cilindro nuleidžiamas (nusiurbiamas pipete) tiek, kad raides būtų galima aiškiai įžiūrėti. Liniuote išmatuojamas vandens stulpo aukštis centimetrais. Nustatymas pakartojamas ir galutinis rezultatas pateikiamas kaip dviejų matavimų vidurkis. 2 bandymas (eksperimentas):

Spalvos, spalvos intensyvumo nustatymas Tiriamo vandens spalvos intensyvumas nustatomas lyginant jį su standartine skale tirpalų, pagamintų iš kalio bichromato ir kobalto sulfato tirpalų mišinio. Spalvos intensyvumas nusakomas laipsniais. Į bespalvio stiklo 2,5 cm skersmens cilindrą įpilama 50 ml tiriamo vandens ir, žiūrint iš viršaus, tiriamo vandens spalva lyginama su paruošta etalonine skale. Lyginti reikia baltame fone. Rezultatas išreiškiamas laipsniais. Objektyviai įvertinti nuotekų spalvą sunku, todėl spalva dažnai nustatoma vizualiai, pvz., žalsva, pilka, rausva ir t.t. 3 bandymas (eksperimentas):

pH nustatymas Pagal pateiktą pH - metro naudojimo instrukciją atliekamas prietaiso kalibravimas dviem buferiniais tirpalais. Tiriamojo vandens pH matuojamas taip, kaip ir buferinių tirpalų. Po kiekvieno matavimo elektrodai nuplaunami distiliuotu vandeniu ir nusausinami filtriniu popieriumi. Rezultatai pateikiami dešimtųjų pH vieneto dalių tikslumu. 4 bandymas (eksperimentas):

Nitratų koncentracijos nustatymas Pagal NO3 - jonų matuoklio naudojimo instrukciją atliekamas prietaiso kalibravimas. Tiriamojo vandens analizė: į 100 ml talpos stiklinaitę įpilama 50 ml tiriamo vandens, 2,5 ml kondicionuojančio tirpalo ir išmatuojama nitratų koncentracija. Po kiekvieno matavimo elektrodai nuplaunami distiliuotu vandeniu ir nusausinami filtriniu popieriumi. Rezultatai iki 10,0 mg/l pateikiami šimtųjų miligramo dalių, o virš 10 mg/l dešimtųjų miligramo dalių tikslumu. Darbo rezultatai ir išvados: Vandens: skaidrumas................................................................................................................................................................... Spalva.......................................................................................................................................................................... spalvos intensyvumas.................................................................................................................................................. pH................................................................................................................................................................................ Nitratų koncentracija................................................................................................................................................... Dėstytojo parašas:

Laboratorinis darbas Nr.12

Data:

45

RIŠAMŲJŲ STATYBINIŲ MEDŽIAGŲ ANALIZĖ Visos rišamosios medžiagos skirstomos į neorganines (cementai, kalkės, gipsas ir kt.) ir organines (bitumas, dervos, klijai). Neorganinės rišamosios medžiagos skirstomos: 1) pagal kietėjimo greitį: a) greitai kietėjančias (gipsas, aliuminatinis cementas ir kt.); b) lėtai kietėjančias (portlandcementas, kalkės, anhidritas ir kt.); 2) pagal sąveiką su vandeniu: a) orinės rišamosios medžiagos (orinės kalkės, gipsas, anhidritas ir kt.), kurių kietėjimo produktai patvarūs tik ore, o vandenyje savo patvarumą praranda; b) hidraulinės rišamosios medžiagos (portlandcementas, aliuminatinis cementas ir kt.), kurios gali kietėti ore ir vandenyje. Kalkės. Kalkės gaunamos deginant karbonatines kalcio ir magnio kalnų uolienas, kurių sudėtyje yra CaCO3, MgCO3 (klintys, kreida, dolomitai) bei molio mineralų. Degimo metu vyksta terminis kalcio karbonato skilimas ir gaunamos degtos kalkės (CaO). Kalkės, kuriose yra 90-95 % laisvų CaO ir MgO oksidų vadinamos orinėmis kalkėmis. Kai laisvų CaO ir MgO oksidų kalkėse būna 20-30%, gaunamos hidraulinės kalkės. Orinės kalkės gesinamos, t.y. veikiamos vandeniu ir gaunamos gesintos kalkės (Ca(OH)2). Statyboje dažniausiai iš kalkių ir smėlio ruošiami statybiniai skiediniai. Orinės kalkės kietėja dėl kalcio hidroksido sąveikos su ore esančiu CO2 ir iš dalies dėl medžiagos persikristalinimo: Ca(OH)2 + CO2 + H2O → CaCO3 + 2H2O. Gipsinės rišančiosios medžiagos. Pagrindinės gipsinės rišamosios medžiagos yra statybinis gipsas CaSO4⋅ 5H2O ir anhidritas CaSO4. Statybinis gipsas – orinė rišamoji medžiaga, kuri greitai kietėja ore. Jo kietėjimas aiškinamas hidratacijos reakcija: CaSO4⋅ 0,5H2O + 1,5H2O →CaSO4⋅ 2H2O gamtinis gipsas Anhidritas CaSO4 – lėtai kietėjanti statybinė medžiaga. Jis kietėja tik dalyvaujant sulfatiniams arba šarminiams katalizatoriams (Na2SO4, NaHSO4, K2SO4 ar kalkės, šlakai ir kt.). Portlandcementas. Silikatinis arba portlandcementas – lėtai kietėjanti hidraulinė rišamoji medžiaga. Jis gaunamas deginant 75% klinčių ir 25% molio mišinį 1500° C temperatūroje. Taip gaunamas cemento klinkeris. Pagrindiniai portlandcemento klinkerio mineralai yra kalcio silikatai. Sąveikaujant cemento klinkerio mineralams su vandeniu, susiformuoja cemento akmuo, kurio pagrindinės sudedamosios dalys yra kalcio hidroksidas, kalcio hidrosilikatai, hidroaliuminatai ir hidroferitai. Trys paskutinės medžiagos vandenyje netirpsta. Jos pereina iš koloidinės į kristalinę būklę, sudarydamos tvirtą akmenį. Aliuminatinis cementas. Aliuminatinis cementas – greitai kalkėjanti hidraulinė rišamoji medžiaga. Jis gaunamas deginant klinčių ir boksito mišinį 1600° C temperatūroje. Susidaręs klinkeris malamas ir naudojamas kaip rišamoji medžiaga. Aliuminatinio cemento klinkerį sudaro kalcio aliuminatai. Aliuminatinis cementas atsparesnis už portlandcementą vandeniui ir rūgštims, tačiau jis neatsparus šarmams, todėl jo negalima maišyti su portlandcementu, kalkėmis ir naudoti šarminėje aplinkoje. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 65-67. Bendroji chemija. (Petroševičiūtė O.) – Kaunas, 2000. – p. 155-160. Rišamųjų medžiagų cheminė technologija. Vadovėlis. (Martusevičius M., Kaminskas R., Mituzas J.A.) – K. Technologija, 2002. – p. 206. Atsiskaitymui: žinoti rišamųjų medžiagų klasifikaciją, sudėtį, mokėti parašyti rišamųjų medžiagų gavimo ir kietėjimo reakcijos lygtis. Darbo tikslas: nustatyti geležies oksido kiekį portlandcemente ir aktyviųjų kalcio ir magnio oksidų kiekį kalkėse.

46

Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai cheminės analizės metodais įvertinti rišamųjų medžiagų kokybę, suformuoti gebėjimai suprasti procesus vykstančius rišamųjų medžiagų gavimo ir kietėjimo metu, parinkti ir naudoti atitinkamas rišamąsias medžiagas praktinėje veikloje. 1 Bandymas (eksperimentas):

Fe2O3 kiekio nustatymas portlandcemente Cheminėje stiklinėje pasverkite 1 g cemento ir maišant stikline lazdele įpilkite 25 ml distiliuoto vandens bei 5 ml koncentruotos HCl. Mišinį kaitinkite iki virimo, bet neužvirinkite. Tirpalą nufiltruokite į 250 ml talpos matavimo kolbutę, nuosėdas ant filtro perplaukite distiliuotu vandeniu, o filtratą surinkite į tą pačią matavimo kolbutę. Tirpalą praskieskite iki brūkšnio ir sumaišykite. Pipete pamatuokite 50 ml tirpalo, supilkite į kūginę kolbutę, įberkite 1 g kalio jodido, įpilkite 80 ml distiliuoto vandens, užkimškite kamščiu, suplakite ir kelias minutes palaikykite tamsoje. Trivalentė geležis redukuojasi, o HI oksiduojasi – išsiskiria laisvas jodas: KI + HCl → HI + KCl, 2FeCl3 + 2 HI → 2 FeCl2 + 2HCl + I2. Į kūginę kolbutę įpilkite 5 ml 0,5 % krakmolo tirpalo ir išsiskyrusį jodą titruokite 0,02 M Na2S2O3 tirpalu tol, kol išnyks mėlyna tirpalo spalva. Bandymą su nauju mėginiu pakartokite. Rezultatu imkite dviejų titravimų vidurkį (vvid.), Fe2O3 kiekį (%) apskaičiuokite pagal formulę:

Fe2 O3 = čia

5 ⋅ v vid . ⋅ c M ⋅ 0,16 ⋅ 100% , m

vvid – titravimui sunaudoto Na2S2O3 tirpalo tūris (vidurkis gautas iš dviejų bandymų), ml; cM - Na2S2O3 tirpalo molinė koncentracija, mol/l; m – tyrimui paimto cemento masė, g. Rezultatai

Tirpalas ekvivalentiniame taške keitė spalvą iš ........................................į................................... Mėginio titravimui sunaudotas Na2S2O3 tirpalo tūris v1 = ..................ml v2 = ..................ml vvid. = ..................ml

Fe2O3 kiekis portlandcemente (%) =

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− =

%

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 2 Bandymas (eksperimentas):

47

Aktyviųjų CaO ir MgO kiekio kalkėse nustatymas Porcelianiniame grūstuvėlyje sutrinkite 4-5 g kalkių (trinama 5 min.). Pasverkite 1 g sutrintų negesintų kalkių ir suberkite į 250 ml talpos kūginę kolbutę, užpilkite 150 ml distiliuoto vandens ir įmeskite 15-20 stiklinių žirnelių. Kolbutę uždenkite piltuvėliu ir šildykite, kol užvirs tirpalas. Po to ataušinkite, vidines sieneles bei piltuvėlį apiplaukite distiliuotu vandeniu ir į pašildytą tirpalą įlašinkite 2-3 lašus fenolftaleino. Tirpalą titruokite 1 M druskos rūgštimi (HCl), kol raudona spalva išnyks ir neatsiras po 5 minučių. Aktyviųjų CaO ir MgO kiekį (%) negesintose kalkėse apskaičiuokite pagal formulę:

X = čia

2,80 ⋅ c M ⋅ vvid . , m

cM – druskos rūgšties molinė koncentracija, mol/l; vvid. – titravimui sunaudotas druskos rūgšties kiekis (vidurkis gautas iš dviejų bandymų) ml; m – analizei paimtų kalkių masė, g. Rezultatai

Tirpalas ekvivalentiniame taške keitė spalvą iš ........................................į................................... Mėginio titravimui sunaudotas HCl tirpalo tūris

Aktyviųjų CaO ir MgO kiekis kalkėse(%) =

v1 = ..................ml v2 = ..................ml vvid. = ..................ml

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− =

%

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

48

Laboratorinis darbas Nr.13 ALKOHOLIŲ, FENOLIŲ, ALDEHIDŲ, KETONŲ, KARBOKSIRŪGŠČIŲ SAVYBĖS Alkoholiai yra angliavandenilių dariniai, kurių molekulėje yra viena arba kelios hidroksilo (-OH) grupės. Vykstant cheminei sąveikai, gali reaguoti alkoholio hidroksilo grupės vandenilio atomas ar visa hidroksilo grupė. Alkoholiai reaguoja su šarminiais metalais (natriu, kaliu, ličiu), dehidratuojant alkoholius gaunami eteriai, alkoholiai lengvai oksiduojasi (pirminiai alkoholiai oksiduojasi į aldehidus, o antriniai – į ketonus). Daugiahidroksiliams alkoholiams būdingos rūgštinės savybės. Didėjant –OH grupių skaičiui, rūgštinės savybės stiprėja, todėl jie reaguoja ne tik su šarminiais metalais, bet ir su metalų hidroksidais, sudarydami alkoholiatus. Fenoliai yra aromatinių angliavandenilių dariniai, kuriuose hidroksilo grupė sujungta su aromatinio žiedo anglies atomu. Pagal –OH grupių skaičių fenoliai skirstomi į monohidroksilius, dihidroksilius ir t.t. Fenoliams būdingos silpnos rūgštinės savybės. Jų savybių ypatybes lemia -OH grupės ir aromatinio žiedo elektronų sąveika. C Aldehidai ir ketonai vadinami karboniliniais junginiais, nes į jų sudėtį įeina karbonilo grupė.

O

Karboniliniai junginiai yra viena iš aktyviausių organinių junginių klasių. Jiems būdingos oksidacijos, prijungimo, polimerizacijos, kondensacijos reakcijos. Šiose reakcijose aldehidai yra aktyvesni nei ketonai. Karboksirūgštimis vadinami organiniai junginiai, kurių molekulėje yra viena ar kelios karboksigrupės (-COOH). Priklausomai nuo karboksigrupių skaičiaus jos skirstomos į monokarboksi-, dikarboksi-, trikarboksiir polikarboksirūgštis. Pagal angliavandenilio radikalą rūgštys skirstomos į sočiąsias, nesočiąsias ir aromatines. Rūgščių sudėtyje gali būti ir kitų funkcinių grupių. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 68-73. Metodiniai patarimai organinės chemijos laboratoriniams darbams. // Akademija, 2004. – p. 8-9, 11-14, 16-18. Organinė chemija. (Jasinskas L., Raguotienė N., ir kt.) – V, Mokslas, 1979. – p. 77-90, 94-99, 103-115. Atsiskaitymui: žinoti pagrindines fenolių, aldehidų, ketonų ir karboksirūgščių chemines savybes, mokėti parašyti reakcijų lygtis. Darbo tikslas: susipažinti su alkoholių, fenolių, aldehidų, ketonų ir karboksirūgščių savybėmis. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti pagrindines alkoholių, fenolių, karboksirūgščių chemines savybes, vykdant tam tikras reakcijas. Susipažins kokie nauji organiniai junginiai susidaro. Įgytos žinios ir praktiniai gebėjimai bus reikalingi daugelio kitų dalykų studijose bei profesinėje veikloje. Bandymai:

1. Eterio gavimas Į sausą mėgintuvėlį įpilkite 1 ml etanolio ir tiek pat koncentruotos H2SO4 (atsargiai!). Mėgintuvėlį užkimškite kamščiu su vamzdeliu dujoms išeiti ir pašildykite, kol skystis užvirs. (Tirpalas truputį paruduoja dėl to, kad H2SO4 veikiamas alkoholis iš dalies mineralizuojasi). Po to dar įlašinkite 10-15 lašų etanolio. Pasigaminęs eteris atpažįstamas iš kvapo. Mėgintuvėlį pakartotinai pašildę, eterio garus padekite. Parašykite reakcijos lygtį dietileteriui gauti:………………………………………………..……………….. .....................................................................................................................................................................................

49

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

2. Alkoholių oksidavimas Į mėgintuvėlį įpilkite 1 ml etanolio ir įmeskite gerai įkaitintą degiklio liepsnoje vario spiralę. Juodas spiralės paviršius įgauna auksinį atspalvį. Pasigaminęs acto aldehidas atpažįstamas iš kvapo (panašus į obuolių). Parašykite etanolio oksidavimo vario (II) oksidu reakcijos lygtį:...................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

3. Polihidroksilių alkoholių rūgštinės savybės Į mėgintuvėlį įpilkite 0,5 ml 3% CuSO4 ir lašinkite 10% NaOH tol, kol iškris melsvos Cu(OH)2 nuosėdos. Įlašinus glicerolio ir suplakus, nuosėdos ištirpsta, susidaro tamsiai mėlynas vario gliceroliato tirpalas. Parašykite reakcijos lygtį: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

4. Fenoliato gavimas ir skaldymas 0,3 g fenolio ištirpinkite 1 ml 10% NaOH tirpalo. Mėgintuvėlio turinį plakite tol, kol ištirps fenolis. Gautą skaidrų natrio fenoliatą parūgštinkite 10% H2SO4 (tikrinkite lakmusu) ir stebėkite fenolio išsiskyrimą. Parašykite natrio fenoliato gavimo ir jo skaldymo reakcijų lygtis:.................................................................. ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

50

5. Spalvinės fenolių reakcijos Į atskirus mėgintuvėlius įpilkite po 1 ml fenolio, rezorcinolio, pirogalolio tirpalų ir įlašinkite po kelis lašus 0,5% FeCl3. Stebėkite tirpalų spalvas. Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

6. Aldehidų oksidavimas A.

Sidabrinio veidrodžio reakcija. Mėgintuvėlius, naudojamus bandymui, išplaukite karštu šarmo tirpalu, o po to distiliuotu vandeniu. Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 1 ml 3% formaldehido tirpalo, į kitą - 2-3 lašus acetono. Į abu mėgintuvėlius įpilkite po 1 ml amoniakinio sidabro oksido tirpalo ir mišinius pašildykite. Stebėkite sidabrinio veidrodžio susidarymą mėgintuvėlyje su formaldehido tirpalu. Aldehidų reakcija su vario hidroksidu Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 1 ml 3% formaldehido tirpalo, į kitą - 5 lašus acetono. Į abu mėgintuvėlius įpilkite po 0,5 ml praskiesto NaOH ir 2-3 lašus 5% CuSO4, kol susidarys vario hidroksido nuosėdos. Skysčius pašildykite iki virimo. Mėgintuvėlyje su aldehidu išsiskiria vienvalenčio vario oksido arba gryno vario nuosėdos. Parašykite formaldehido reakcijų su sidabro oksidu ir vario hidroksidu lygtis: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

7. Esterio gavimas Į mėgintuvėlį įpilkite 4 ml etanolio, 5 ml ledinės acto rūgšties ir 0,5 ml koncentruotos sieros rūgšties. Mišinį atsargiai pakaitinkite ir išpilkite į stiklinaitę su vandeniu. Juntamas esterio kvapas. Parašykite atlikto bandymo reakcijos lygtį: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

8. Ftalio rūgšties anhidrido gavimas Sausame mėgintuvėlyje (laikydami jį horizontaliai) kaitinkite 0,2 g ftalio rūgšties. Ant šaltų mėgintuvėlio sienelių nusėda ftalio rūgšties anhidridas. Dalį jo stikline lazdele perkelkite į kitą mėgintuvėlį ir tirpinkite 1-2 ml benzeno. Patikrinkite, ar ftalio rūgštis tirpsta benzene. Parašykite ftalio rūgšties anhidrido gavimo reakcijos lygtį:

51

..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Dėstytojo parašas:

Data:

52

Laboratorinis darbas Nr.14 ANGLIAVANDENIŲ SAVYBĖS Angliavandeniai yra gamtoje plačiai paplitusios biochemiškai svarbios medžiagos. Jie skirstomi į: monosacharidus – paprasčiausius angliavandenius, kurių bendra formulė – CnH2nOn; b) oligosacharidus, kurių molekulėje yra nuo 2 iki 10 monosacharidų likučių; c) polisacharidus, kurių molekulės sudarytos iš daugelio monosacharidų likučių. a)

Monosacharidai pagal cheminę sudėtį yra polihidroksialdehidai (aldozės) arba polihidroksiketonai (ketozės). Svarbiausi monosacharidai yra pentozės ir heksozės. Labiausiai paplitusios heksozės. Disacharidai yra angliavandeniai, sudaryti iš dviejų monosacharidų likučių, susijungusių glikozidinėmis jungtimis. Jų bendra formulė – C12H22O11. Jie skirstomi į redukuojančius (maltozė, laktozė, celobiozė) ir neredukuojančius (sacharozė). Neredukuojančiuose disachariduose glikozidinė jungtis susidaro atskilus vandens molekulei iš abiejų monosacharidų glikozidinių hidroksilų. Redukuojančiuose disachariduose glikozidinė jungtis susidaro tarp vieno monosacharido glikozidinio hidroksilo ir antrojo alkoholinio hidroksilo. Jų molekulėse yra dar vienas laisvas glikozidinis hidroksilas, kuris gali pereiti į aldehidinę formą. Todėl šie disacharidai lengvai oksiduojasi į atitinkamas rūgštis ir pasižymi redukuojančiomis savybėmis. Polisacharidai yra gamtiniai polimerai, sudaryti iš daugelio monosacharidų likučių, tarpusavyje sujungtų deguonies atomais. Jie skirstomi į pentozanus ir heksozanus. Pentozanai (C5H8O4)n sudaryti iš pentozių, heksozanai (C6H10O5)n – iš heksozių likučių. Polisacharidų tirpalams nebūdingos redukuojančios savybės, nes polisacharidų molekulėse yra labai mažai laisvų aldehidų grupių, tačiau, virinant su rūgštimis, jie hidrolizuojasi skildami iš pradžių į smulkesnius polisacharidus, po to į di- ir monosacharidus. Hidrolizatams būdingos redukuojančios savybės. Krakmolas ir glikogenas sudaryti iš α−D−gliukopiranozės molekulių likučių. Krakmolą hidrolizuojant rūgštimis arba fermentais, gaunami tarpiniai produktai – dekstrinai, maltozė ir galutinis – gliukozė:

(C6H10O5)n + n H2O

H+

krakmolas

(C6H10O5)x dekstrinai

m C12H22O11 maltozė

n C6H12O6 gliukozė

Krakmolo hidrolizatas pasižymi redukuojančiomis savybėmis. Celiuliozė sudaryta iš β−D−giukopiranozės molekulių likučių. Pilnai hidrolizavus celiuliozę, gaunama gliukozė:

(C6H10O5)n + n H2O celiuliozė

H+

(C6H10O5)x amiloidas

m C12H22O11 celobiozė

n C6H12O6 gliukozė

Celiuliozę trumpai paveikus 70% H2SO4, jos paviršiuje susidaro stiprios plėvelės pavidalo amiloidas. Šia reakcija pagrįstas pergamento – drėgmės ir riebalų nepraleidžiančio, mechaniškai stipraus popieriaus – gavimas. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 79-81. Metodiniai patarimai organinės chemijos laboratoriniams darbams. //Akademija, 2004. – p. 22-27. Organinė chemija. (Jasinskas L., Raguotienė N., ir kt.) – V, Mokslas, 1979. – p. 230-256. Atsiskaitymui: žinoti kas yra angliavandeniai, jų klasifikaciją, pagrindines chemines savybes. Mokėti parašyti reakcijų lygtis, pavadinti reaguojančias medžiagas ir gautus produktus. Darbo tikslas: susipažinti su angliavandenių cheminėmis savybėmis.

53

Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti monosacharidų, disacharidų, polisacharidų savybes. Pagal vykstančias reakcijas studentai sužinos kokie gali susidaryti nauji junginiai ir iš kokių monosacharidų sudaryti disacharidai bei polisacharidai, kadangi organinės medžiagos yra plačiai naudojamos ir sutinkamos gamtoje. Studentai sugebės apibendrinti tyrimų rezultatus ir pateikti atitinkamas išvadas. Bandymai:

1. Monosacharidų redukuojančios savybės Sidabrinio veidrodžio (Tolenso) reakcija. Į švarų mėgintuvėlį įpilkite 1 ml amoniakinio Ag2O tirpalo, 1 ml 3% gliukozės tirpalo ir pašildykite. Atkreipkite dėmesį į sidabro nuosėdų atsiradimą ant mėgintuvėlio sienelių. Parašykite gliukozės reakciją su sidabro oksidu: ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………….… Reakcija su Felingo reagentu. Felingo reagentas yra vyno rūgšties kalio – natrio druskos vario alkoholiatas. Pastarasis vandenyje hidrolizuojasi, išskirdamas Cu(OH)2, kuris oksiduoja monosacharido aldehidinę grupę. Į 1 – 2 ml gliukozės tirpalo įlašinkite kelis lašus Felingo reagento ir užvirinkite. Stebėkite įvykusius pakitimus. Parašykite gliukozės oksidacijos Cu(OH)2 reakcijos lygtį: ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………….……… Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

2. Kalcio sacharato gavimas 1 g gliukozės ištirpinkite 5 ml vandens. Į šį tirpalą įlašinkite kelis lašus sudrumsto kalcio hidroksido iki išsiskirs daug nuosėdų, neišnykstančių purtant. Po 5 min mišinį nufiltruokite ir į filtratą pro stiklinį vamzdelį pamažu pūsti CO2 iki išsiskirs CaCO3 nuosėdos. Parašykite gliukozės reakciją su kalcio hidroksidu ir gauto sacharato skaidymo anglies dioksidu reakcijų lygtis:

54

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

3. Disacharidų redukuojančios savybės Į tris mėgintuvėlius įpilkite po 3 ml sacharozės, maltozės, laktozės tirpalų, po 3 ml Felingo reagento ir pašildykite iki virimo. Kurie disacharidai redukavo Felingo reagentą? Parašykite maltozės oksidavimo reakcijos lygtį:

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

55

4. Sacharozės hidrolizė Į du mėgintuvėlius įpilkite po 5 ml sacharozės tirpalo. Į vieną iš jų įpilkite 2 ml 10% H2SO4. Abu mėgintuvėlius pašildykite verdančio vandens vonelėje 5 – 10 min. Ataušinus parūgštintą tirpalą neutralizuokite šarmu ir išbandykite Felingo reagentu. Parašykite sacharozės hidrolizės reakcijos lygtį:

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

5. Krakmolo savybės Krakmolo reakcija su jodu. Į 1 – 2 ml krakmolo kleisterio įlašinkite jodo tirpalo. Mėlynai nudažytą klesterį pašildykite, po to atšaldykite. Užrašykite pastebėtus pakitimus. ..................................................................................................................................................................................... Krakmolo hidrolizė rūgštimis. Į mėgintuvėlį įpilkite 3 ml krakmolo kleisterio ir 1 ml 10% H2SO4. Mėgintuvėlio turinį pavirinkite 5 min. Tirpalą neutralizuokite 10% NaOH (tikrinti lakmusu), įpilkite Felingo reagento ir pašildykite. Parašykite krakmolo hidrolizės reakcijos lygtį:………………………………..…………………………….. ..................................................................................................................................................................................... Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

56

Laboratorinis darbas Nr.15 AMINO RŪGŠČIŲ IR BALTYMŲ SAVYBĖS Amino rūgštys yra organinės rūgštys, kurių angliavandenilio radikale yra aminogrupė. Jos yra amfoteriniai elektrolitai, nes jų molekulėje yra rūgštinė karboksigrupė (−COOH) ir bazinė amino grupė (−NH2). Rūgščiuose tirpaluose jos sudaro teigiamus jonus, o šarminiuose – neigiamus.

R CH COOH + NH3

H+

R CH COOH

OH-

R CH

COO + H+

NH2

NH2

Fiziologiniu požiūriu amino rūgštys skirstomos į nepakeičiamąsias ir pakeičiamąsias. Nepakeičiamąsias aminorūgštis sintetina tik augalai, o žmogus ir gyvūnai turi gauti su maistu. Pakeičiamosios amino rūgštys susidaro tiek augaluose, tiek žmogaus ir gyvūnų organizmuose. Nepakeičiamosios amino rūgštys yra šios: valinas, leucinas, izoleucinas, treoninas, metioninas, lizinas, fenilalaninas, triptofanas ir histidinas. Svarbiausia aminorūgščių savybė yra jų jungimasis tarpusavyje, sudarant peptidus. Šiuo principu yra sudarytos baltymų molekulės. Reakcijoje dalyvauja vienos aminorūgšties aminogrupė ir kitos aminorūgšties karboksigrupė. Iš jų atskyla vandens molekulė ir aminorūgščių likučiai sujungiami peptidine jungtimi.

C

N

O

H

Baltymai yra gamtoje paplitę stambiamolekuliai junginiai, sudaryti iš daugelio α – aminorūgščių likučių. Jie yra svarbiausia visų gyvųjų organizmų sudėtinė dalis ir randami kiekvienoje ląstelėje. Baltymai (proteinai) skirstomi į dvi grupes: paprastuosius ir sudėtinguosius. Paprastieji baltymai sudaryti tik iš a-aminorūgščių likučių: albuminų, globulinų, histonų, protaminų, prolaminų, skleroproteinų. Sudėtingieji baltymai sudaryti iš α - aminorūgščių likučių ir nebaltyminių medžiagų. Jie skirstomi į klases pagal nebaltyminę dalį: nukleoproteinai, chromoproteinai, glikoproteinai, fosfoproteinai. Baltymų molekulėms būdingos 4 struktūros. Esant tam tikrai pH reikšmei, teigiami krūviai kompensuoja neigiamus. Tokia baltymų būklė vadinama izoelekriniu būviu, o ta pH reikšmė – izoelektriniu tašku. Šiame taške baltymai mažiausiai patvarūs. Daugelio baltymų izoelektriniai taškai yra rūgščioje aplinkoje (pH<7). Tam tikromis sąlygomis baltymus galima nusodinti. Baltymų nusodinimas gali būti grįžtamasis ir negrįžtamasis (denatūracija). Grįžtamai baltymus nusodina šarminių metalų, amonio, magnio druskų tirpalai ir kai kurie organiniai tirpikliai (etanolis, acetonas, eteris). Negrįžtamai baltymus nusodina (denatūruoja) sunkiųjų metalų (vario, švino, gyvsidabrio, kadmio ir kt.) druskos, koncentruotos neorganinės ir kai kurios organinės rūgštys (trichloracto, salicilo, pikrino ir kt.) ir šildymas. Denatūracijos metu pakinta antrinė ir tretinė baltymo struktūra. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 83-87. Metodiniai patarimai organinės chemijos laboratoriniams darbams. // Akademija, 2004. – p. 18-30, 32-33. Organinė chemija. (Jasinskas L., Raguotienė N., ir kt.) – V, Mokslas, 1979. – p. 186-193, 258-267. Atsiskaitymui: žinoti kas yra amino rūgštys, baltymai, jų klasifikaciją ir pagrindines savybes. Mokėti parašyti reakcijų lygtis, pavadinti reaguojančias medžiagas ir gautus produktus. Darbo tikslas: susipažinti su aminorūgščių, baltymų savybėmis. Atlikus darbą, bus įgyti praktiniai gebėjimai nustatyti amino rūgščių amfoterines savybes bei kokius junginius jos gali sudaryti. Vykdydami baltymų spalvines reakcijas sužinos kas įeina į baltymų sudėtį, kadangi

57

organinės medžiagos yra plačiai naudojamos ir sutinkamos gamtoje. Studentai sugebės apibendrinti tyrimų rezultatus ir pateikti atitinkamas išvadas. Bandymai:

1. Amino rūgščių ir baltymų spalvinės reakcijos Biureto reakcija. Ši reakcija būdinga junginiams, kuriuose yra peptidinių jungčių (–CO–NH–). Šarminėje aplinkoje su vario jonais jie sudaro violetinės spalvos kompleksą. Į 1 – 2 ml baltymų tirpalo įpilkite tiek pat konc. NaOH tirpalo ir 3 – 5 lašus 1% vario sulfato tirpalo. Ninhidrino reakcija. Ši reakcija būdinga α–aminogrupei. Baltymams, o ypač aminorūgštims veikiant ninhidriną, susidaro mėlynos arba violetinės spalvos junginys. Į mėgintuvėlį įpilkite 1 ml baltymo arba aminorūgšties tirpalo ir 0,5 ml vandeninio ninhidrino tirpalo. Pašildžius atsiranda violetinė arba mėlyna spalva. Folio reakcija. Ši reakcija būdinga aminorūgštims, turinčioms sieros (cistinui ir cisteinui). Virinant baltymus su šarmu ir švino acetato tirpalu, susidaro juodos švino sulfido nuosėdos. Į mėgintuvėlį įpilkite 1 ml baltymo tirpalo, 2 ml koncentruoto NaOH tirpalo ir pavirinkite 2 min. Į karštą tirpalą įpilkite 1 ml 10% švino acetato tirpalo ir dar pavirinkite, kol susidarys juodos nuosėdos. Parašykite cisteino ir cistino formules: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... Ksantoproteino reakcija. Ši reakcija parodo, kad baltymuose yra aminorūgščių, turinčių aromatinį žiedą (fenilalanino, tirozino). Veikiant baltymus koncentruota azoto rūgštimi, atsiranda geltona spalva, nes susidaro aromatiniai nitrojunginiai. Šią reakciją galima stebėti, užtiškus konc. azoto rūgščiai ant odos, nagų, vilnos. Į 1 ml baltymų tirpalo įlašinkite 5 – 6 lašus konc. azoto rūgšties ir mišinį pašildykite, kol atsiras geltona spalva. Parašykite fenilalanino ir tirozino formules: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

2. Amino rūgščių savybės Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 2 ml 4% glicino, į kitą – 2 ml vandens. Į abu po lašą fenolftaleino. Mėgintuvėliuose indikatoriaus spalva nesikeičia. Tai reiškia, kad tirpaluose nėra laisvų hidroksilo jonų, nors aminorūgštis ir turi bazinę –NH2 grupę. Į abu mėgintuvėlius įlašinkite po lašą 0,1 M NaOH. Fenolftaleinas keičia spalvą tik vandens tirpale. Kitame mėgintuvėlyje esanti aminorūgštis sujungia šarmą ir laisvų OH‾ jonų nėra. Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 2 ml glicino tirpalo, į kitą – 2 ml vandens. Į abu – po lašą metiloranžo. Mėgintuvėliuose indikatoriaus spalva nesikeičia (neatsiranda raudona spalva). Tai reiškia, kad tirpaluose nėra vandenilio jonų, nors aminorūgštis turi rūgštinę –COOH grupę. Į abu mėgintuvėlius įlašinkite po lašą 0,1 M HCl. Aminorūgšties tirpale neatsiranda raudona spalva, nes – NH2 grupė sujungia HCl. Paaiškinkite atliktus bandymus. Parašykite glicino sąveikos su HCl ir NaOH reakcijų lygtis: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

58

Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

3. Grįžtamas baltymų nusodinimas Į 3 – 4 ml baltymų tirpalo įpilkite tiek pat sotaus amonio sulfato tirpalo ir mišinį švelniai suplakite. Tirpalas susidrumsčia. 1 ml tirpalo perpilkite į kitą mėgintuvėlį ir įpilkite 3 ml distiliuoto vandens. Stebėkite, ar ištirpo nuosėdos. Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

4. Negrįžtamas baltymų nusodinimas Baltymų nusodinimas šildant. Į du mėgintuvėlius įpilkite po 2 ml baltymų tirpalo. Į vieną mėgintuvėlį įlašinkite lašą 1% acto rūgšties tirpalo. Abu mėgintuvėlius pašildykite iki virimo. Stebėkite, kuriame mėgintuvėlyje nuosėdos susidarė greičiau ir kur jų buvo daugiau. Baltymų nusodinimas neorganinėmis rūgštimis. Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 1 ml koncentruotos azoto rūgšties, o į kitą – koncentruotos sieros rūgšties. Į abu mėgintuvėlius atsargiai sienele įpilkite po 0,5 ml baltymų tirpalo. Baltymų ir rūgščių sąlytyje susidaro žiedo pavidalo baltymų nuosėdos. Mėgintuvėlius atsargiai sumaišykite. Mėgintuvėlyje su azoto rūgštimi nuosėdos neištirpsta, o mėgintuvėlyje su sieros rūgštimi nuosėdos ištirpsta. Baltymų nusodinimas organinėmis rūgštimis. Į du mėgintuvėlius įpilkite po 2 ml baltymų tirpalo. Į vieną įpilkite 1 ml 10% trichloracto rūgšties tirpalo, o į kitą – 1 ml 20% sulfosalicilo rūgšties tirpalo. Abiejuose mėgintuvėliuose susidaro baltymų nuosėdos. Baltymų nusodinimas sunkiųjų metalų druskomis. Į du mėgintuvėlius įpilkite po 2 ml baltymų tirpalo. Į pirmą mėgintuvėlį įlašinkite po 2 – 3 lašus 5% vario sulfato tirpalo, o į antrą – 2 – 3 lašus 5% švino acetato tirpalo. Susidaro nuosėdos. Įpylus daugiau druskų tirpalų, nuosėdos ištirpsta. Išvados: ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................


Data:

59

Laboratorinis darbas Nr.16 POLIMERŲ SINTEZĖ IR INDENTIFIKAVIMAS Stambiamolekuliai (polimerai) junginiai gaunami polimerizacijos ir polikondensacijos būdu. Polimerizacija yra toks procesas, kai monomerai jungiasi į polimerą. Polimerizuojas nesotieji angliavandeniliai (pvz., etenas, propenas), aldehidai. Kopolimerizacija yra procesas, kai kartu polimerizuojami keli skirtingi monomerai. Polikondensacija yra toks stambiamolekulinių junginių gavimo procesas, kai, reaguojant monomerų molekulėms, gaunamas polimeras (vadinamas – polikondensatu) ir atskyla mažamolekulinė medžiaga (pavyzdžiui, H2O, HCl, CH3OH ir kt.) Polikondensacija yra pakopinis procesas. Polimerų molekulės didelės ir jų tarpmolekulinė sąveika gana stipri. Todėl polimerai prieš ištirpdami išbrinksta. Tirpiklio molekulės skverbiasi į brinkstančią polimerinę medžiagą, didėja jos tūris ir vidinis slėgis (jis priklauso nuo išbrinkimo laipsnio). Pradinės ir išbrinkusios polimerinės medžiagos masės (tūrio) santykis vadinamas išbrinkimo laipsniu. Atsiskaitymui: žinoti polimerų gavimo būdus, savybes, mokėti parašyti polimerizacijos reakcijų lygtis. Darbo tikslas: ištirti plastikų gavimą, atlikti ir išmokti plastikų atpažinimo reakcijas. Atlikus darbą, studentai įgis gebėjimų pasirinkti reikiamas medžiagas buityje, nes polimerai plačiai naudojami ir pramonėje, ir buityje. Šis laboratorinis darbas ypač aktualus tuo, kad praktiškai įvertinę polimerų savybes (jų tirpumą, degumą), studentai lengviau suvoks, kad polimerų utilizavimas yra pakankamai sudėtingas procesas, kad degdamos polimerinės medžiagos ne tik teršia aplinką, bet ir kenkia sveikatai. Literatūra: Chemija ir cheminė analizė. Mokomoji knyga. // Akademija, 2009. – p. 88-97. Bendroji chemija. (Buinevičienė G. ir kt.) – V, 1991. – p. 311-341. 1 Bandymas (eksperimentas):

Fenolio formaldehidinės (novolakės) dervos gavimas Atsargiai, traukos spintoje, pasverkite 3,8 g fenolio, matavimo cilindru pamatuokite 3 ml formalino (3840 % formaldehido tirpalas vandenyje) ir viską supilkite į mėgintuvėlį. Mišinį atsargiai šildykite, kol užvirs (galima ir verdančio vandens vonioje). Į šiek tiek ataušintą mišinį įlašinkite 3 lašus koncentruotos druskos rūgšties. Mišinys staigiai užverda (jeigu neverda, įlašinkite dar 2 lašus koncentruotos druskos rūgšties ir pašildykite). Kai tirpalas liausis viręs, ataušinkite. Susidaro du sluoksniai: viršutinis – vandens, apatinis – dervos. Nupilkite viršutinį sluoksnį ir vėl įpilkite apie 1 ml vandens. Mišinį virinkite 1-2 minutes. Vandenį nupilkite ir dervą išpilkite ant stiklo plokštelės. Gaunama rausvos spalvos plastiška, tirpi, lydi derva. Nuimkite ją nuo stiklo ir nusausinkite filtro popieriumi. Parašykite gavimo reakcijas stadijomis. 1 stadija – tarpinio junginio susidarymas:

OH

OH

H

+

O HC H

fenolis

formaldehidas

CH2OH

60

2 stadija – tarpinio junginio polikondensacija:

Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................... 2 Bandymas (eksperimentas):

Karbamido formaldehidinės dervos gavimas Pasverkite 3 g karbamido, matavimo cilindru pamatuokite 7 ml formalino ir supilkite į mėgintuvėlį. Mišinį atsargiai šildykite iki 80 °C verdančio vandens vonioje. Šiek tiek ataušinkite ir įlašinkite 3 lašus koncentruotos druskos rūgšties. Mišinį gerai išmaišykite ir išpilkite ant stiklo. Gaunama karbamido formaldehidinė derva. Parašykite gavimo reakcijas stadijomis. 1 stadija – tarpinio junginio susidarymas:

O NH C NH

H O H

karbamidas

HC

H

+

NH C

HC

H O

NH

CH 2 OH O CH 2 OH

formaldehidas

2 stadija – tarpinio junginio polikondensacija:

Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

61


Polimerų atpažinimas Polimerai atpažįstami pagal jų tirpumą organiniuose tirpikliuose, rūgštyse bei šarmuose. Kai kurie polimerai tirpdami labai mažai ištirpsta. Kiti pirma tirpiklyje išbrinksta, po to per ilgesnį laiką visai ištirpsta. Brinkimas lengviau pastebimas negu tirpimas. Todėl, jei polimeras tirpiklyje brinksta, vadinasi, jo šiek tiek ir ištirpsta. Norint nustatyti, ar organiniuose tirpikliuose, pavyzdžiui, acetone, chloroforme ir kt., ištirpo nors kiek polimero, tirpalo lašas užlašinamas ant švariai nuvalyto stiklo ir tirpiklis išgarinamas. Jei tirpale yra ištirpusio polimero, ant stiklo lieka (kartais sunkiai pastebima) dėmė. Garuodamas grynas tirpiklis dėmės nepalieka. Norint įsitikinti, ar polimeras tirpsta nelakiuose tirpikliuose (pavyzdžiui, acto rūgštyje), į mėgintuvėlį įpilama truputis distiliuoto vandens ir įlašinami keli lašai polimero tirpalo. Ištirpęs polimeras vandenyje išsiskiria nuosėdomis arba jį tik sudrumsčia. Dėstytojui nurodžius, nedaug polimero mėgintuvėliuose užpilkite nedideliu kiekiu tirpiklio. Sunkiai tirpius polimerus tirpiklyje laikykite kuo ilgiau. Šildomi polimerai geriau tirpsta, bet organiniai tirpikliai lengvai užsidega, todėl mėgintuvėlius su tirpikliais šildyti degiklio liepsna arba laikyti arti liepsnos griežtai draudžiama! Norint pašildyti tirpiklį, mėgintuvėliai įmerkiami į karštą vandenį stiklinaitėje. Tirpinkite keletą dėstytojo nurodytų susmulkintų polimerų. Kaip jie tirpsta (netirpsta, sunkiai, gerai, lengvai tirpsta, šildomi tirpsta), žr. 1 lentelę. Polimerus taip pat galima atpažinti iš jų liepsnos reakcijų: degumo, liepsnos pobūdžio ir degimo produktų kvapo. Degindami polimerus, stebėkite jų degimo pobūdį (pvz.: dega lydydamasis, išimtas iš liepsnos gęsta, sunkiai dega, nedega ir kt.), liepsnos spalvą, dūmus bei degimo produktų kvapą (žr. 1 lentelę). Eil. Nr.

Polimero pavadinimas

Tirpiklis etanolis

dietilketonas (acetonas)

dichloretanas

benzenas

(Tirpumas: “-“, “+“, “++“, “+++“) Deginkite nesusmulkintus polimerus, pavyzdžiui, organinio stiklo lazdelę, polistireno arba kaprono granules ir pan. Išlydytą ir truputį atvėsintą kaproną pabandykite ištempti į siūlus. Eil.Nr.

Polimero pavadinimas

Degumas

Liepsnos pobūdis

Degimo produktų kvapas

Padarykite išvadas: ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................

62


Data:

1 l e n t e l ė. Kai kurių polimerų tirpumas ir liepsnos reakcija Tirpiklis Polimero pavadinimas

Etanolis (96%)

Dietilketo -nas (acetonas)

Liepsnos reakcija

Dichlore tanas

Benzolas

Degumas

++

Dega. Lydosi. Nerūksta

++

Dega, bet išimtas iš liepsnos gęsta. Beveik nesilydo. Rūksta

Polimetilmetakrilatas (organ.stiklas)

+

+

Dega ir spragsi. Minkštėja. Truputį rūksta

Polistirenas

+

+

Polietilenas (polietenas)

Polivinilchloridas

Polibutadienas (kaučiukas)

Fenolio formaldehidinė derva (novolakė derva)

++

+

+

Dega. Lydosi. Labai rūksta Dega ir truputį spragsi. Lydosi. Rūksta Dega, bet išimta iš liepsnos gęsta. Lengvai lydosi. Rūksta

Pastaba: - netirpsta + tirpsta; + + gerai tirpsta; + + + labai gerai tirpsta

Liepsnos pobūdis Melsva liepsnos apačia, geltoni kraštai Žalia juosta liepsnos apačioje. Ryški gelsvai balzgana liepsna Melsva liepsnos apačia. Balzganai gelsva liepsna su baltais žybsniais Gelsvai oranžinė liepsna Gelsvai oranžinė spalva, su baltais žybsniais Gelsva liepsna. Daug baltų žybsnių

Degimo produktų kvapas Beveik be kvapo Aštrus vandenilio chlorido kvapas

Salstelėjęs vaisių - gėlių kvapas

Specifinis aštrus kvapas

Gumos kvapas

Fenolio ir formaldehido kvapas

bendroji chemija

Recommend Documents