Opca Kemija-skripta Za Vjezbe

Kemijsko - tehnoloki fakultet u Splitu

Zavod za opu i anorgansku kemiju

VJEBE IZ OPE KEMIJE

Interna skripta

Split, 2008.

1

SADRAJ 1. UVOD..........................................................................................................................................1

1.1. OSNOVNA PRAVILA LABORATORIJSKOG RADA.........................................2 1.2. MJERE OPREZA I ZATITE..................................................................................4

1.2.1. PRAVILA ODIJEVANJA U LABORATORIJU .....................................5 1.3. OSNOVNI LABORATORIJSKI PRIBOR ..............................................................6

1.3.1. STAKLENI PRIBOR ..................................................................................6 1.3.2. PORCULANSKI PRIBOR..........................................................................8 1.3.3. METALNI PRIBOR....................................................................................9 1.3.4. OSTALI PRIBOR......................................................................................10

1.4. PRANJE, IENJE I SUENJE LABORATORIJSKOG POSUA...............10 2. VANIJI LABORATORIJSKI PRIBOR I NJEGOVA UPORABA..................................12

2.1. PRIBOR I NAINI ZAGRIJAVANJA ..................................................................12 2.2. PRIBOR I NAINI MJERENJA TEMPERATURE............................................15 2.3. PRIBOR I NAINI MJERENJA VOLUMENA ...................................................16

2.3.1. UPORABA MEHANIKE PROPIPETE ...............................................18 2.4. PRIBOR I NAIN RADA S PLINOVIMA............................................................20 2.5. PRIBOR I NAINI MJERENJA MASE ...............................................................22

2.5.1. PRAVILA KORITENJA VAGE............................................................22 3. KEMIKALIJE I POSTUPAK S NJIMA...............................................................................24 4.VJEBE.....................................................................................................................................25

4.1. NEKE OSNOVNE LABORATORIJSKE OPERACIJE......................................25 4.2. RASTAVLJANJE TVARI NA ISTE TVARI .....................................................32

4.2.1. RASTAVLJANJE HETEROGENIH SMJESA......................................32 4.2.2. RASTAVLJANJE HOMOGENIH SMJESA..........................................36

4.3. FIZIKE I KEMIJSKE PROMJENE....................................................................42 4.4. ZAKON KEMIJSKOG SPAJANJA PO VOLUMENU........................................45 4.5. STRUKTURA ISTIH TVARI...............................................................................47 4.6. RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA (TEINA).......................49 4.7. ODNOSI MASA PRI KEMIJSKIM REAKCIJAMA...........................................52 4.8. PLINSKI ZAKONI...................................................................................................53 4.9. OTOPINE ..................................................................................................................63

4.9.1. OTOPINE I NJIHOVA SVOJSTVA .......................................................63 4.10. KEMIJSKE REAKCIJE........................................................................................81

4.10.1. VRSTE KEMIJSKIH REAKCIJA ........................................................79 4.10.2. KEMIJSKA KINETIKA.........................................................................88

4.11. KEMIJSKA RAVNOTEA...................................................................................92 4.11.1. RAVNOTEE U HOMOGENIM I HETEROGENIM

SUSTAVIMA............................................................................................94 4.11.2. RAVNOTEE U OTOPINAMA ELEKTROLITA .............................94 4.11.3. REDOKS - RAVNOTEE......................................................................94

4.12. KOLOIDNO - DISPERZNI SUSTAVI...............................................................110 5. PRILOG..........114

2

1. UVOD

1.1. OSNOVNA PRAVILA LABORATORIJSKOG RADA

Prije poetka rada obavezno je upoznati se s mjerama opreza i zatite pri radu u laboratoriju,

te se strogo pridravati istih. Zbog stalne opasnosti od poara svaki student je na poetku

semestra duan saznati gdje se nalazi aparat za gaenje poara i kako se njime rukuje, sanduk

s pijeskom, deka za gaenje poara, glavni prekidai struje, te glavni ventili plina i vode.

Na poetku vjebi studenti e od voditelja vjebi dobiti naputke vane za rad tog radnog dana.

Tijekom rada u laboratoriju potrebno je voditi radni dnevnik. Dnevnik se vodi prema uputama

voditelja.

Osnovna pravila laboratorijskog rada su slijedea:

U laboratoriju trebaju vladati red i tiina.

Tijekom rada student je duan nositi radni mantil.

Nije dozvoljeno izvoditi nekontrolirane eksperimente, odnosno eksperimente koji nisu

propisani planom i programom vjebi.

Prije poetka svakog eksperimenta student je duan proitati kompletnu uputu za taj

eksperiment. Pri tome potrebno je obratiti pozornost ne samo na to to se radi, ve kako se

radi i zato se tako radi.

Ne poinjati eksperiment dok nije pripremljen sav potreban pribor i kemikalije.

Potrebno je voditi rauna o koncentraciji traene kemikalije.

Ako u uputi za izvoenje eksperimenta nije navedena koliina reagensa, upotrijebiti

najmanju potrebnu koliinu. Reagense nikada ne vraati natrag u bocu za reagense.

Posue je preporuljivo prati odmah dok je vlano, jer se kasnije teko pere.

Nakon vaganja vagu treba oistiti, a utege uredno sloiti u kutiju.

Otpadne kapljevine i u vodi topljive soli bacati u izljev, te isti odmah oprati tekuom

vodom.

Organska otapala izlijevaju se u boce za otpadna organska otapala.

U vodi netopljive soli, kao i sve ostale vrste otpatke, bacati samo u posude za otpatke.

VJEBA BR. 1

3

Tijekom rada radno mjesto odravati isto i uredno. Zato je potrebno da svaki student ima

krpu za brisanje stola.

Po zavrenom radu izljeve treba oprati, a radno mjesto dovesti u red.

Svaku ozljedu potrebno je prijaviti odmah voditelju vjebi.

4

1.2. MJERE OPREZA I ZATITE

Priroda laboratorijskog rada je takva da uvijek postoji potencijalna mogunost ozljeda. Da bi se ta mogunost svela na minimum, odnosno eliminirala, svaki student je duan radu pristupiti ozbiljno, pridravajui se mjera opreza i zatite:

U laboratoriju se ne smije jesti, piti i puiti, niti se smiju primati posjete.

Ne dozvoliti da reagensi dou u dodir s koom i odjeom. Za to postoje zatitne rukavice, radni mantil, pinceta itd. U sluaju da kemikalija doe u dodir s koom, to mjesto treba odmah oprati mlazom vodovodne vode. Daljnji tretman ovisi o prirodi kemikalije.

Ne smije se zavirivati u otvor posuda u kojima se odvija eksperiment.

U cilju zatite oiju potrebno je nositi bezdioptrijske naoale. Ako u oko doe kemikalija, treba ga odmah isprati mlazom vodovodne vode u trajanju ne duem od 3 do 4 minute. Daljnje lijeenje poduzima se prema prirodi kemikalije.

Kod eksperimenta gdje se trai poseban oprez obvezno je lice zatititi specijalnim providnim titom za lice, a ruke gumenim rukavicama.

Uvijek je potrebno provjeriti naziv kemikalije na boci, jer pogreno uzeta kemikalija moe izazvati nesreu.

Ukoliko treba mirisom ispitati kemikaliju, to se radi na nain da se boca odmakne od lica i dlanom ruke priblie pare do nosa (slika 3.).

Prigodom otvaranja boce u kojoj je lako isparljiva kapljevina bocu treba drati podalje, da se ne udiu pare.

Prigodom otvaranja boce u kojoj je lako isparljiva kapljevina bocu treba drati podalje, da se ne udiu pare.

Eksperimenti kod kojih se razvija otrovan plin, kao i eksperimenti kod kojih se razvija previe plina ili para izvode se u digestoru.

Pretakanje lako upaljivih kemikalija ne smije se izvoditi u blizini plamena.

Pri zagrijavanju kapljevine u epruveti, zbog opasnosti od prskanja, otvor epruvete ne smije se okrenuti prema sebi, niti prema drugim osobama.

Nikada ne dodavati vodu u koncentriranu kiselinu, ve kiselinu u vodu uz obavezno mijeanje (slika 1.). Dodavanje vode u kiselinu izazvati e prskanje kapljevine.

Kod rada sa staklenim priborom potrebno je paziti da ne doe do loma istog i ranjavanja ruku ili nekog drugog dijela tijela. U sluaju loma staklenog pribora potrebno je odmah ukloniti krhotine, i ako je mogue, otre rubove ostatka pribora ispolirati u plamenu.

5

Provlaenje staklene cijevi i termometra kroz gumeni ep izvoditi hvatanjem cijevi i epa krpom (slika 2.). Prethodno je potrebno staklo podmazati glicerinom, sapunicom ili vodom. Kod vaenja staklene cijevi upotrijebiti bua za epove.

Predmete od kemijskog stakla zagrijavati na azbestnoj mreici ili putem kupelji. Predmeti od obinog stakla ne smiju se zagrijavati jer lako pucaju.

Slika 1. Ispravno ulijevanje koncentrirane kiseline u vodu uz mijeanje

Slika 2. Provlaenje staklene cijevi kroz gumeni ep

Slika 3. Ispitivanje mirisa kemikalija

Ne ostavljati zapaljen plamenik pri naputanju radnog mjesta. Gorue ibice ne smiju se bacati u posude za otpatke. Manji poari u laboratoriju gase se vlanim krpama ili pijeskom. Vei poari gase se aparatima za gaenje poara.

1.2.1. PRAVILA ODIJEVANJA U LABORATORIJU

Tijekom rada u laboratoriju student mora nositi zatitni mantil. Zatitni mantil titi gornji dio tijela i ruke do aka. Ukoliko duina radnog mantila nije do koljena hlae su obavezne.

Obua mora zatiti stopala sa svih strana: u laboratoriju nije dozvoljeno nositi sandale, papue, lape, klompe. Duga kosa mora biti skupljena.

Kontaktne lee ne nose se u laboratoriju. Tijekom izvoenja eksperimenata studenti su duni nositi bezdioptrijske naoale, a kod opasnijih eksperimenata, kada je to navedeno u uputama vjebi, lice je potrebno zatititi zatitnom maskom.

6

1.3. OSNOVNI LABORATORIJSKI PRIBOR

1.3.1. STAKLENI PRIBOR

Staklo je najzahvalniji i najee upotrebljavani materijal u kemijskom laboratoriju. Za izradu

laboratorijskog pribora koriste se dvije vrste stakla: obino staklo i kemijsko staklo.

Pribor od obinog stakla ne smije se zagrijavati, jer je neotporan na temperaturne promjene.

Od obinog stakla izraene su boce za reagense, kristalizirka, posudica za vaganje, menzura,

pipete, birete, odmjerne tikvice, lijevci.

Eksikator Menzura Lijevak za odjeljivanje Lijevak

Posudica za vaganje Satno staklo Kristalizirka Reagens boca

Slika 4. Pribor od obinog stakla

7

Pribor od kemijskog stakla za razliku od obinog stakla, ima veu vrstou, bolju otpornost na

temperaturne promjene i bolju postojanost prema kemikalijama. Poznata su kemijska stakla:

"Pyrex", "Jena", "Duran", "Supremaks" i "Boral". Od kemijskog stakla izraene su tikvice s

ravnim i okruglim dnom, epruvete, erlenmayerove tikvice, destilirke...

Epruveta Destilirka Liebigovo hladilo Retorte

aa Erlenmayerova tikvica sa irokim grlom i sa bruenim epom

Tikvica s okruglim dnom

Tikvica s ravnim dnom

Slika 5. Pribor od kemijskog stakla

8

1.3.2. PORCULANSKI PRIBOR

Dio laboratorijskog pribora izrauje se od porculana (slika 6.), koji ima veu mehaniku

vrstou i otpornost od stakla. Porculanske zdjelice i lonii izraeni su od vrlo kvalitetnog

porculana i mogu se zagrijavati na otvorenom plamenu, dok se tarionici, lijevci i ploice ne

smiju zagrijavati.

Tarionik Porculanski loni s poklopcem

Porculanska zdjelica

Laica Ploica s jaicama Bchnerov lijevak

Poloaj metalnog lonia prilikom

arenja

Slika 6.

9

1.3.3. METALNI PRIBOR

Za izradu metalnog pribora koriste se najvie eljezo, platina, nikal i neke legure. Jedan dio

najvanijeg metalnog pribora prikazan je na slici 7.

Stativ Laboratorijska klijeta Mufa i stezaljke Kleme i prsteni

Tronog za arenje Ceran ploa za arenje Metalni loni Ostali metalni pribor

Slika 7.

10

1.3.4. OSTALI PRIBOR

U preostali laboratorijski pribor spada pribor koji je nainjen od drva, plastine mase, azbesta,

gume, pluta, i sl., kao i pribor izraen od vie materijala. Jedan dio tog pribora prikazan je na

slici 8.

Drvena hvataljka Stalak za epruvete - drveni Stalak za epruvete - plastini

Mreica za arenje Trokut za arenje Plastina boca trcaljka

Zatitne naoale epovi Pincete

Slika 8.

11

1.4. PRANJE, IENJE I SUENJE LABORATORIJSKOG POSUA

Treba stei naviku pranja posua odmah nakon upotrebe, jer se tada najlake uklanjaju

neistoe. Stakleno posue ne smije se istiti mehanikim sredstvima za ienje (pijesak,

Vim, stakleni tapii, metalne ice), jer oni uzrokuju oteenja stakla.

Manje zaprljano posue pere se otopinom detergenta, pomou etke za pranje.

Ako je posue dosta masno upotrebljavaju se organska otapala, alkoholna otopina kalijevog

hidroksida i krom sumporna kiselina. Ukoliko se radi o oneienju anorganskim tvarima, za

ienje se koriste klorovodina kiselina, duina kiselina, sumporna kiselina i zlatotopka.

Nakon ienja bilo kojim od spomenutih sredstava posue treba dobro isprati vodovodnom

vodom, a zatim tri puta destiliranom vodom.

Posue je isto kada se, nakon ispiranja destiliranom vodom, kapljice vode ne zadravaju na

stjenkama. Oprano posue treba ostaviti da se sui u ormariu. Brzo suenje postie se u

elektrinom suioniku. U suionik se posue stavlja s otvorom prema gore, da bi vodena para

mogla izai. Kalibrirano posue (posue za mjerenje volumena) ne smije se suiti u suioniku,

ve se sui u struji zraka.

Organska otapala i otopine kiselina i luina, nakon upotrebe za pranje ne bacaju se u izljev,

ve se spremaju u posebne posude za otpadna otapala.

12

2. VANIJI LABORATORIJSKI PRIBOR I NJEGOVA UPORABA

2.1. PRIBOR I NAINI ZAGRIJAVANJA

Zagrijavanje spada meu najvanije operacije u kemijskom laboratoriju. Zagrijavanje se

izvodi:

izravno u plamenu;

preko azbestne mreice;

u kupeljima;

pomou elektrinih ureaja za zagrijavanje.

Kod prva tri naina zagrijavanja najee se koriste plinski plamenici. U upotrebi su dosta

esto Meckerov (Meker) plamenik i Tecluov (Teklu) plamenik, dok se najee upotrebljava

Bunsenov (Bunzen) plamenik (slika 9.). Bunsenov plamenik sastoji se od: postolja s dovodom

plina, sapnice i dimnjaka s prstenom za regulaciju dovoda zraka. Kod novijih modela mogua

je i regulacija dovoda plina na samom plameniku.

Najvea koliina topline oslobaa se pri potpunom sagorijevanju plina, kad je plamen skoro

bezbojan. U bezbojnom plamenu Bunsenovog plamenika uoavaju se tri plamene zone: (slika

10.)

- unutarnja (A), gdje dolazi do mijeanja plina i zraka i nema sagorijevanja

Slika 9. Plamenik po Bunsenu Slika 10. Plamene zone u plamenu Bunsenova plamenika

13

- srednja (B), gdje je sagorijevanje nepotpuno. Ovaj dio plamena ima redukcijsko djelovanje,

pa se naziva jo i redukcijskom zonom.

- vanjska (C), gdje je sagorijevanje plina potpuno. Kako ovaj dio plamena ima oksidacijsko

djelovanje, naziva se i oksidacijskom zonom.

Ako je dovod plina premalen, a dovod zraka prevelik moe doi do "uskakanja plamena", tj.

izgaranja plina na samoj sapnici. Uskakanje se prepoznaje po jakom utanju iz plamenika i

jakom zagrijavanju plamenika. U tom sluaju plamenik treba ugasiti i priekati da se potpuno

ohladi, a zatim izvriti pravilno paljenje. Pravilno paljenje izvodi se na slijedei nain:

Zatvoriti dovod zraka, a otvoriti dovod plina. Upaliti plamen i postepeno poveavati dovod

zraka do skoro bezbojnog plamena, tj. do potpunog izgaranje plina.

Pri izravnom zagrijavanju staklenog posua u plamenu, plamen ne smije dulje vrijeme

zagrijavati jedno mjesto, jer moe doi do omekavanja stakla. Da bi se to izbjeglo,

zagrijavanje treba izvoditi tako da se pri tom pomie ili plamenik ili posuda.

Stakleno posue (ae, tikvice) preporuljivo je zagrijavati preko azbestne mreice, jer se time

umanjuje mogunost da pucanja. U sluaju kada je potrebno dulje i ravnomjernije

zagrijavanje, pri stalnoj temperaturi, upotrebljavaju se kupelji. Izbor kupelji ovisi o potrebnoj

temperaturi zagrijavanja. Tako se kod zagrijavanja do temperature vrenja vode (100C)

najee koristi vodena kupelj (slika 11.).

Slika 11. Jednostavna vodena kupelj Slika 12. Uljna kupelj

14

Slika 13. Pjeana kupelj Slika 14. Elektrini suionik

Za temperature do oko 350C koriste se razliite uljne kupelji. Pri radu s njima treba paziti da

voda ne dospije u ulje, jer tada dolazi do prskanja ulja. Ako se pri radu ulje zapali ne smije se

gasiti vodom, ve se kupelj prekrije azbestnom ili salonitnom ploom. Za vie temperature

koristi se pjeana kupelj, koja se sastoji od posude napunjene kvarcnim pijeskom (slika 13.).

Za postizanje vrlo visokih temperatura upotrebljavaju se elektrine pei raznih tipova.

Za suenje posua i nekih tvari koristi se elektrini suionik (slika 14.).

15

2.2. PRIBOR I NAINI MJERENJA TEMPERATURE

Za mjerenje temperature u kemijskom laboratoriju najee se koriste ivini termometri.

Uporaba ovih termometara mogua je u intervalu od -38.9oC (temperatura skruivanja ive)

do 357oC (vrelite ive).

Za temperature nie od -38.9oC rabe se termometri u kojim je iva zamijenjena toluenom (do

-80oC), alkoholom (do -120oC) odnosno pentanom (do -220oC). Radi lakeg oitanja

temperature te kapljevine obojene su crvenom ili plavom bojom.

Temperature vie od 357oC mogue je mjeriti specijalnim ivinim termometrom kod kojeg je

u kapilarni prostor stavljen inertni plin pod tlakom, ime se vrelite ive znatno poveava.

Takav ivin termometar s spremnikom od kvarca moe se rabiti do 750oC.

Termometri se izrauju u razliitim veliinama, oblicima i badarenim skalama, ve prema

svojoj namjeni. Tako se pored obinih termometara kod kojih je skala podijeljena na cijele ili

na pola stupnja, radi tonijeg oitavanja temperature izrauju termometri s badarenom

skalom s tonou od 0.1 do 0.02oC.

Prigodom mjerenja temperature neke kapljevine termometar mora biti uronjen u kapljevinu

tako da ivin spremnik ne dodiruje stijenke posude.

Za mjerenje visokih temperatura upotrebljavaju se termolanci ili pirometri.

16

2.3. PRIBOR I NAINI MJERENJA VOLUMENA

Uobiajeno je da se kod vrstih tvari mjeri masa, a kod kapljevitih i plinovitih volumen.

Za mjerenja volumena plina najee se koriste plinske pipete i plinske birete, a za sakupljanje

i priblino mjerenje menzure uronjene u vodu (slika 17).

Slika 17. Priblino mjerenje volumena plina

Za mjerenje volumena kapljevina slue menzure, pipete, birete i odmjerne tikvice.

Menzure su graduirani stakleni cilindri izraeni od obinog stakla, a slue za priblino

odreivanje volumena. Izrauju se u raznim veliinama, najee od 5, 10, 25, 50, 100, 250,

500, 1000 i 2000 cm3. Za precizno odreivanje volumena slue pipete, birete i odmjerne

tikvice.

Pipete (slika 15.1. i 15.2.) su cilindrinog oblika i mogu biti trbuaste (1) i graduirane (2).

Trbuaste slue za odmjeravanje uvijek istog, odreenog volumena, za koji su badarene.

Na suenom dijelu pipete je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti pipetu. Pipeta se

puni usisavanjem. Uvijek se usie neto vie kapljevine, pa se gornji otvor zatvori kaiprstom

(ne palcem) i polako isputa viak dok se nivo kapljevine ne spusti do oznake. Trbuaste

pipete izrauju se obino od 2, 5, 10, 25, 50, 100 i 200 cm3. Ove pipete tonije su od

graduiranih. Graduirane pipete izrauju se u razliitim veliinama i mogu se upotrebljavati za

mjerenje razliitih volumena od 0.1 cm3 na vie. Birete (slika 15.3. i 15.4.) su dugake

graduirane staklene cijevi, koje se uvruju na stative. Za neutralne i kisele otopine

upotrebljavaju se birete koje zavravaju staklenim pipce. Za lunate otopine koriste se birete

koje zavravaju gumenom cijevi s kapilarom i tipaljkom, jer luine otapaju staklo. Bireta ima

raznih veliina i vrsta, ve prema njihovoj namjeni. Najee se upotrebljavaju Mohrova

(Mor) i Schellbachova (elbah) bireta.

17

Mikropipeta

3

4. 3a

Slika 15. Pribor za mjerenje volumena kapljevina: 1-trbuasta pipeta; 2-graduirana pipeta; 3- Schellbachova bireta; 3 a- nivo na Schellbachovoj bireti; 4- Automatska bireta

Slika 15.a) Odmjerna

tikvica

Slika 16. Oitavanje volumena u menzuri;

a i cneispravno; b-ispravno

Odmjerne tikvice (slika 15a.) su staklene posude krukastog oblika s ravnim dnom i dugim

uskim grlom na kojemu je prstenasta oznaka (marka) do koje treba napuniti tikvicu. Na vrhu

se zatvaraju izbruenim grlom i epom, koji omoguuje da se otopine u tikvicama mogu

dobro izmijeati. Odmjerne tikvice slue za pripremanje otopina odreene koncentracije, a

izrauju se najee od 5, 10, 50, 100, 250, 500 i 1000 cm3.

a

b

c

18

Menzura, bireta i odmjerne tikvice pune se ulijevanjem, a pipete usisavanjem kapljevine na

donji otvor.

Pri oitavanju volumena promatra se donji menisk kapljevine, a treba se postaviti tako, tj.

posudu treba drati, da menisk bude u visini oiju (slika 16.).

Temperatura kapljevine pri mjerenju treba biti priblino jednaka temperaturi pri kojoj je

posuda badarena. Na svakoj kalibriranoj posudi oznaena je temperatura pri kojoj je

badarena (najee 20oC).

Pipete, birete i menzure badarene su na izljev. To znai da je odreeni volumen kapljevine

postignut isputanjem kapljevine iz posude, te se ne smije npr. kod pipete puhati da izae

"zadnja kap", kao to praktikanti to obiavaju.

Odmjerne tikvice badarene su na uljev.

2.3.1. UPORABA MEHANIKE PROPIPETE

Otrovne kapljevine, lako isparljive kapljevine i korozivne kapljevine ne smiju se usisavati u

pipetu ustima, ve uporabom mehanike propipete (slika 18.).

Propipeta je izraena od gume. Propipeta se donjim otvorom navue na gornji otvor pipete.

Stiskanjem prstima "ventila" A, uz istovremeno stiskanje loptastog dijela, istisne se iz

loptastog dijela zrak i propipeta je spremna za usisavanje kapljevine u pipetu.

Usisavanje se vri stiskanjem "ventila" B. Usisavanje treba vriti oprezno, da kapljevina ne

ue u propipetu.

Isputanje kapljevine vri se pritiskanjem "ventila" C.

Osim mehanike propipete, za rad s otrovnim kapljevinama, koriste se i klipne pipete, kao i

mikropipete s promjenjivim nastavcima.

19

Slika 18. Mehanika propipeta

Zrani ventil; istisnuti zrak iz propipete

Ventil za usisavanje; povlai kapljevinu u pipetu

Ventil za pranjenje; isputanje kapljevine

20

2.4. PRIBOR I NAIN RADA S PLINOVIMA

Plinovi se za laboratorijske potrebe mogu prirediti neposredno pred samu uporabu, direktno u

laboratoriju. Meutim, laboratorijski nain njihova dobivanja ponekad je sloen, a kada je

potrebna vea koliina i skup. U tom sluaju koriste se gotovi plinovi iz elinih boca

(bombi). Obojeni prsten oko grla boce oznaava sadraj boce .

Plinovi se u elinim bocama (bombama) nalaze pod tlakom i do 2104 kPa, te se u svrhu

uporabe u laboratoriju (101 - 1010 kPa) iz elinih boca smiju isputati samo preko

redukcijskog ventila (slika 19.). Zadatak redukcijskog ventila je da regulira istjecanje plina iz

boce. Na redukcijskom ventilu su dva manometra. Manometar blii boci mjeri tlak u samoj

boci, dok drugi manometar mjeri tlak pod kojim plin izlazi iz ventila.

Slika 19. Redukcijski ventil Slika 20. Kippov aparat Slika 21. Jednostavni generator plina

Najpoznatiji aparat za laboratorijsko dobivanje plinova jest Kippov aparat (slika 20.). Kippov

aparat sastoji se od krukastog dijela (A) i kuglastog lijevka (B). U srednji dio aparata, iznad

suenja krukastog dijela, stavlja se vrsta tvar (Zn, CaCO3, FeS), ve prema tome koji plin se

eli dobiti. U kuglasti lijevak, odozgo, ulijeva se klorovodina kiselina, w(HCl) = 20% ili

sumporna kiselina, w = 20% (ne za CO2!). Kada je Kippov aparat pun, otvaranjem pipca (C)

B

H2SO4

C

A

Zn

H2

21

kiselina iz dijela (B) ide u dio (A) i stupa u reakciju s vrstom tvari. Da ne bi dolo do

prskanja aparata uslijed naglog oslobaanja plina, pipac (C) mora se polako otvarati i na taj

nain kiselinu postepeno putati u kontakt s krutom tvari.

Zn(s) + 2 H+ Zn2+ + H2 (g)

CaCO3(s) + 2H+ Ca2+ + CO2 (g) + H2O

FeS + 2H+ Fe2+ + H2S (g)

Razvijeni plin izlazi kroz pipac (C). Zatvaranjem pipca (C) prekida se izlazak plina, ali

reakcija izmeu vrste tvari i kiseline i dalje se odvija. Osloboeni plin sada potiskuje kiselinu

natrag u kuglasti lijevak i kada se uspostavi ravnotea izmeu tlaka plina i teine kiseline

reakcija prestaje.

Za laboratorijsko dobivanje plinova moe posluiti i jednostavni generator plinova (slika 21.).

Plinovi se prije uporabe proiavaju i sue provoenjem kroz ispiralice s odgovarajuim

sredstvima za ienje i suenje. Pri radu sa stlaenim (komprimiranim) plinovima treba biti

posebno oprezan. Ventile i brtve opasno je podmazivati. Da bi se sprijeilo prevrtanje elinih

boca, one se moraju uvrstiti uz laboratorijski stol ili uz zid. Prigodom transporta boce s nje se

skida redukcijski ventil, dok se glavni ventil prekriva zatitnom elinom kapom. Nain

postupanja s plinskim bocama propisan je mjerama zatite na radu.

22

2.5. PRIBOR I NAINI MJERENJA MASE

Ureaj koji omoguava mjerenja mase jest vaga.

Za grubo odreivanje mase slue tehnike vage, koje vau s preciznou 0.01 g. (slika 22.).

Slika 22. Tehnika vaga Slika 23. Analitike automatske vage

Analitike vage slue za vrlo precizna mjerenja do 0.0001g. One se ugrauju u staklene

ormarie s vratima. U ormarie se stavlja i sredstvo za upijanje vlage.

Razvoj tehnike omoguio je izradu preciznih poluautomatskih i automatskih vaga na jednu

polugu, ija uporaba skrauje vrijeme vaganja (slika 23.).

Vage se smjetaju u posebnu prostoriju, na posebno izraene stolove. Na taj nain su

zatiene od mehanikih udara, strujanja zraka, temperaturnih promjena i isparavanja

kemikalija.

2.5.1. PRAVILA KORITENJA VAGE

Postupak vaganja propisuje proizvoa vage. Zbog toga je prije vaganja potrebno dobro

prouiti uputstvo. Opa pravila kojih se treba pridravati kod vaganja su :

S vagom je potrebno uvijek paljivo rukovati.

Predmet vaganja i utege stavljati na zdjelicu vage i skidati s nje samo ako je vaga zakoena

(aretirana).

23

Na zdjelice se ne smiju stavljati vrui, vlani ili neisti predmeti. Predmet koji se vae mora

imati temperaturu vage.

Predmet vaganja nikada ne stavljati izravno na zdjelicu, ve ga mjeriti u posudici za vaganje,

satnom staklu ili laici od papira. Isparljive tvari, ije pare mogu otetiti vagu, uvijek vagati u

dobro zatvorenim posudama.

Utege (ako ih vaga ima) hvatati samo pincetom iz kompleta utega. Utezi mase vei od 1 g

prihvaaju se pincetom tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema gore, a utezi od 0.5 g i

manji tako da je svinuti kraj pincete okrenut prema dolje. Nakon uporabe svaki uteg treba

vratiti na njegovo mjesto u kompletu utega. Utezi se ne smiju zamjenjivati iz jednog kompleta

u drugi.

Vage nikada ne opteretiti preko njenog kapaciteta vaganja.

Oitavanje otklona vriti samo uz zatvorena vrataca vage.

Kada nije u uporabi, vagu uvijek drati zakoenu, a vrataca ormaria zatvorena.

Vagu odravati istom i urednom.

U sluaju bilo kakve neispravnosti vage, ne popravljati je sam ve se obratiti voditelju vjebi.

24

3. KEMIKALIJE I POSTUPAK S NJIMA

Kemikalije se uvaju u staklenim i plastinim bocama. Kapljevite kemikalije uvaju se u

bocama s uskim grlom, a vrste u bocama sa irokim grlom. Boce uvijek moraju biti

zaepljene epom. epovi su najee od stakla, ali mogu biti od plastike, gume ili pluta,

ovisno o prirodi kemikalije.

vrsta kemikalije uzimaju se iz boce istom plastinom ili metalnom licom.

Prilikom uzimanja kapljevitih kemikalija ne smije se ii pipetom direktno u bocu, ve se

kemikalija iz boce prelijeva u epruvetu ili au, te se odatle pipetom uzima potrebna koliina.

Viak se iz epruvete ili ae ne smije vratiti natrag u bocu.

Kad se iz boce vadi ep, treba ga staviti na stol tako da lei na svojoj iroj bazi. Ako je

stakleni ep na svojoj gornjoj strani spljoten dri se u ruci izmeu prstenjaka i malog prsta

(slika 24.).

Slika 24. Pravilno dranje epa

U sluaju da se stakleni ep ne moe lako izvaditi iz boce treba lagano udarati epom po rubu

stola, a ako ni to ne uspije obratiti se voditelju vjebi.

Na bocama u kojima se uvaju kemikalije nalijepljene su etikete s nazivima kemikalija, te

prelijevanjem treba izvoditi s one strane boce gdje se ne nalazi etiketa, kako se ista ne bi

otetila.

Bocu iz koje je uzeta potrebna koliina reagensa potrebno je odmah zaepiti i spremiti na

njeno mjesto.

Ostali postupci s kemikalijama navedeni su ve u poglavlju 1.1 i 1.2.

25

4.VJEBE

4.1. NEKE OSNOVNE LABORATORIJSKE OPERACIJE

EKSPERIMENT 1. Rad s plamenikom

PRIBOR: Plamenik po Bunsenu

Metalna klijeta

ibice

Komadi tvrdog papira

POSTUPAK:

Plamenik rastaviti na sastavne dijelove, pogledati svaki dio i plamenik ponovo sastaviti.

Pregledati da li je gumena cijev, koja spaja plamenik s plinovodom, u ispravnom stanju.

Prikljuiti plamenik na plin i izvriti pravilno paljenje plamenika (opisano u poglavlju 2.1.).

Slika 25. Komad tvrdog papira stavljen

vodoravno u plamen.

Slika 26. Komad tvrdog papira stavljen

okomito u plamen.

Jedan komad tvrdog papira staviti, trenutno, vodoravno u plamen, blizu otvora dimnjaka

(slika 25.), a zatim drugi komad okomito u plamen (slika 26.). Papire drati metalnim

klijetima.

Ako je eksperiment pravilno izveden na papirima se oituju plamene zone. Papire spremiti i

zalijepiti u referat.

ZADATAK:

26

1. Od kojih se dijelova sastoji Bunsenov plamenik?

2. Skicirajte sastavne dijelove Bunsenova plamenika.

3. Nacrtajte i opiite zone u plamenu Bunsenova plamenika!

4. Zato dolazi do uskakanja plamena i to se u tom sluaju radi?

EKSPERIMENT 2. Rezanje, poliranje, savijanje, izvlaenje i zataljivanje stakla

PRIBOR: Staklene cijevi manjeg promjera

Turpija ili pilica za staklo

Plamenik

POSTUPAK:

Odrezati etiri komada staklene cijevi duljene po oko 15 cm. Staklo se ree na nain da se

pomou turpije ili pilice tapi, odnosno cijev zaree samo na jednom mjestu (slika 27.).

Zarez se odmah navlai, cijev uhvati s obje ruke (slika 28.) i prelomi. Prigodom lomljenja

palci se moraju skoro doticati, a zarez mora biti na suprotnoj strani paleva. Ako lomljenje ne

ide uz slab pritisak ruku, treba nainiti dublji rez. Bridovi polomljenih cijevi su otri i treba ih

ispolirati. To se postie zagrijavanjem najprije u slabom a zatim u jaem plamenu uz lagano

okretanje. im se plamen oboji uto, poliranje je zavreno. Kada se jedan brid ohladi, polira

se drugi. Treba paziti da se cijev ne dri dugo u plamenu da ne doe do suavanja otvora

cijevi.

Slika 27. Rezanje staklene cijevi Slika 28. Lom staklene cijevi

Od jednog komada cijevi treba savijanjem dobiti koljeno pod kutom od 90o. U tu svrhu

prihvaa se ohlaena cijev s obje ruke i grije na duljini oko 5 cm neprekidno okretanjem u

istom smjeru (slika 29.). Kad cijev omeka, izvadi se iz plamena, brzo savije na 90o uz

istovremeno slabo rastezanje i dri dok se ne ohladi (slika 30).

27

Od drugog komada cijevi izvlaenjem napraviti kapaljku. U tu svrhu grijati cijev, na ve

opisani nain, na onom mjestu gdje se eli suziti (slika 31.). Kad cijev omeka, stisnuti cijev

da se malo skrati i da stijenke odebljaju. Nakon toga izvaditi cijev iz plamena i brzo je izvui

do eljenog suenja. Kad se cijev ohladi odrezati je i otre rubove ispolirati.

Slika 29. Zagrijavanje staklene cijevi Slika 30. Savijanje staklene cijevi

Na analogan nain od treeg komada cijevi napraviti kapilare (slika 31).

Na etvrtom komadu vjebati zataljivanje staklene cijevi. U tu svrhu postupati kao kod izrade

kapaljke, zatim otkinutu uski dio a sueni kraj cijevi grijati u plamenu dok se potpuno i

pravilno ne zatali.

Slika 31. Faze izrade kapaljke

EKSPERIMENT 3. Buenje epova i izrada boce trcaljke

PRIBOR: Tikvica s ravnim dnom

Plutani ili gumeni ep

Staklena cijev

POSTUPAK:

28

Prema otvoru tikvice odabrati ep. U epu izbuiti dvije rupe promjera staklene cijevi. Rupe

se bue buaima za epove (slika 32.). Kod buenja plutenog epa bua mora biti neto

manjeg promjera od promjera cijevi koja se eli provui kroz rupu. Za gumeni ep bua mora

biti neto vei od promjera cijevi. Buenje se izvodi tako da se ep svojom irom bazom

poloi na dasku od mekanog drva. Bua se namae glicerinom, stavi na ep i okree

pritiskanjem jednom rukom, dok se drugom rukom dri ep (slika 33.). Bua se mora okretati

uvijek u istom smjeru. Poslije uporabe bua oistiti i spremiti u kutiju.

Prema slici 34. izraditi staklene cijevi za bocu trcaljku. Dua cijev ide skoro do dna boce a na

vanjskom dijelu ima kapilarno suenje. Kraa cijev, kroz koju se pue zrak, see unutar boce

do malo ispod epa.

Slika 32. Bua za epove Slika 33. Buenje epova Slika 34. Boca trcaljka

Na kraju sastaviti bocu trcaljku.

Gustoa

Gustoa neke tvari, pri danoj temperaturi, jest masa te tvari u jedinici volumena:

gustoa = masa / volumen V

m=

U meunarodnom sustavu mjernih jedinica gustoa se izraava u kilogramima po metru

kubinom (kg m-3). U tablicama nalazimo gustoe tvari izraene u razliitim jedinicama, npr.

g mL-1, g cm-3, g dm-3, kg dm-3. Pri tome se mijenjaju samo mjerni brojevi gustoe, ovisno o

jedinicama mase i volumena. Gustoa tvari ovisi o temperaturi, tako da svaki podatak za

gustou mora sadravati jo i napomenu pri kojoj je temperaturi ta gustoa tvari izmjerena.

Openito, gustoa tvari se smanjuje kad se temperatura povisi, a raste kada se ona sniava.

Izuzetak je voda koja ima najveu gustou pri 3.98C.

29

EKSPERIMENT 4. Odreivanje gustoe kapljevine piknometrom

PRIBOR: Termostat

Piknometar

Kapaljka

Vaga

KEMIKALIJE: Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 25 %

POSTUPAK:

Utvrditi volumen piknometra. Na analitikoj vagi izvagati prazan piknometar. U piknometar

kapaljkom uliti do vrha termostatiranu otopinu NaCl. Termostatirati jo 10 minuta. Izvaditi

piknometar iz termostata, obrisati ga i osuiti, te izvagati. Odrediti gustou otopine NaCl.

ZADATAK:

1. Koliki je volumen piknometra?

2. Koliko iznosi masa praznog piknometra?

3. Na kojoj temperaturi je termostatirana otopina NaCl?

4. Koliko iznosi masa piknometra napunjenog otopinom NaCl?

5. Koliko iznosi masa otopine NaCl ?

6. Izraunajte gustou otopine NaCl!

EKSPERIMENT 5. Pipetiranje, uparavljanje i vaganje

PRIBOR: Plamenik

Tronog

Trokut za arenje

Metalna klijeta


Graduirana pipeta


POSTUPAK:

30

Izvagati porculansku zdjelicu. U nju otpipetirati 4 cm3 otopine natrijevog klorida. Pravilno

dranje pipete prikazano je na slici 35.

Sadraj zdjelice opreznim i polaganim zagrijavanjem ispariti do suha (slika 36.). Kada se

ohladi, zdjelicu s talogom izvagati.

Vaganje u oba navrata obavljati na analitikoj vagi.

ZADATAK:

1. Koliko iznosi masa prazne porculanske zdjelice?

2. Koliko iznosi masa zdjelice s talogom NaCl nakon uparavanja?

3. Koliko je NaCl dobiveno uparavanjem?

4. Koliki je gubitak NaCl uparavanjem? Rezultat izrazite u gramima, te u postocima. Za

ovaj proraun koristite gustou NaCl odreenu u eksperimentu 4.

5. Zbog ega je nastao gubitak NaCl?

6. Kojom preciznou mjeri analitika vaga na kojoj ste vagali?

4.2. RASTAVLJANJE TVARI NA ISTE TVARI

Tvar je naziv za bilo koju vrstu materije. Tvari se u prirodi mogu podijeliti na homogene tvari

i na heterogene tvari.

Slika 35. Dranje pipete. Slika 36. Uparavanje sadraja porculanske zdjelice.

pravilno nepravilno

VJEBA BR. 2

31

Homogene tvari su one tvari koje su u cijeloj svojoj masi jedinstvene.

Heterogene tvari predstavljaju heterogene smjese razliitih homogenih tvari.

Homogene tvari dijele se na iste tvari i homogene smjese. iste tvari su homogene tvari

tono odreenog i stalnog kemijskog sastava i ostalih karakteristinih osobina. Homogene

smjese ili otopine su homogene tvari sastavljene od smjese istih tvari.

I homogene i heterogene smjese mogu se posebnim operacijama rastaviti na sastavne tvari tj.

na iste tvari.

4.2.1. RASTAVLJANJE HETEROGENIH SMJESA

iste tvari odjeljuju se lako iz njihovih heterogenih smjesa fizikim putem na osnovu

razliitih fizikalnih svojstava tih istih tvari.

U tu svrhu slue postupci sedimentiranja, dekantiranja, centrifugiranja i filtriranja.

Sedimentiranje je odjeljivanje suspenzija kod kojih je gustoa suspendirane tvari znatno vea

od gustoe kapljevite tvari, te se suspendirana tvar taloi na dno. Uzastopni postupak

sedimentiranja i odlijevanja kapljevine iznad taloga naziva se dekantiranje.

Centrifugiranje je sedimentiranje ubrzano djelovanjem centrifugalne sile. Centrifugalna sila

dobije se djelovanjem centrifuge (runa, vodena, elektrina).

Filtriranje se upotrebljava za odjeljivanje suspendirane tvari (taloga) od kapljevine

koritenjem filtar papira. Promjer pora filtar papira mora biti manji od promjera suspendiranih

estica, kako bi one ostale na njemu. Na filtar papiru ostaje talog, a kroz njega prolazi filtrat.

EKSPERIMENT 6. Sedimentiranje, dekantiranje i centrifugiranje

PRIBOR: Stalak s epruvetama

Menzura

Runa centrifuga s kivetama

KEMIKALIJE: Otopina olovnog(II) nitrata, w(Pb(NO3)2) = 2 %

Otopina natrijeva klorida, w(NaCl) = 2 %

POSTUPAK:

U epruvetu uliti 5 cm3 otopine olovnog (II) nitrata. Zatim dodati 5 cm3 otopine natrijeva

klorida. Nastaje bijeli talog olovnog (II) klorida:

32

Pb2+ + 2Cl- PbCl2 (s)

Odloiti epruvetu u stalak za epruvete i priekati da talog sedimentira. Zatim bistru kapljevinu

iznad taloga oddekantirati.

Eksperiment ponoviti, tj. sedimentiranje ubrzati uporabom rune centrifuge.

EKSPERIMENT 7. Filtriranje na obino sloen filtar-papir


Filtar papir, kare

Obian stakleni lijevak za filtriranje

eljezni stativ, eljezni prsten, hvataljka.

KEMIKALIJE: Otopina srebrova(I) nitrata, w(AgNO3)=2 %

Otopina klorovodine kiseline, razrijeena

POSTUPAK:

Filtar-papir pripremiti i sloiti prema slici 37. Jedan vrh ovako sloenog papira otkinuti (slika

37.c.), a papir rairiti da se dobije stoac, koji se uloi u stakleni lijevak (slika 37. d). Rub

filtar-papira treba biti oko 1 cm ispod ruba lijevka. Papir navlaiti destiliranom vodom da se

priljubi uz stjenke lijevka. Ovako pripremljeni lijevak i filtar-papir osiguravaju brzo

filtriranje.

Aparaturu postaviti i filtriranje izvriti prema slici 38. Pri tom treba paziti da cijev lijevka

dodiruje unutarnju stjenku posude u kojoj se sakuplja filtrat. To je potrebno zato da bi filtrat

to bre i bez prskanja otjecao.

Pripremljenu smjesu za filtriranje lijevati niz tapi (slika 38.) na filtar-papir. Pri tom treba

paziti da nivo kapljevine bude oko 1 cm ispod ruba papira.

U epruvetu uliti 5 cm3 otopine srebrova(I) nitrata i dodati isti volumen otopine klorovodine

kiseline. Epruvetu protresti i nastali bijeli sirasti talog srebrova klorida (AgCl) profiltrirati na

prethodno opisan nain.

ZADATAK:

Napiite jednadbu reakcije srebrova(I) nitrata i klorovodine kiseline!

33

Slika 37. Priprema filtar-papira. Slika 38. Ispravan nain filtriranja.

EKSPERIMENT 8. Filtriranje na naborani filtar-papir

PRIBOR: (Isti kao u eksperimentu 6).

KEMIKALIJE: Otopina aluminijeva(III) klorida, w(AlCl3)=10 %

Otopina amonijaka, w(NH4OH)=2 %

POSTUPAK:

Naborani filtar-papir pripremiti prema slici 39. Rub filtar-papira treba biti oko 1 cm ispod

ruba lijevka za filtriranje. Naborani filtar-papir ne vlai se prije uporabe! U epruvetu uliti 5

cm3 otopine aluminijeva(III) klorida i dodati isti volumen otopine amonijaka. Protresti i staviti

u stalak da se istaloi. Nastaje bijeli elatinozni talog aluminijeva hidroksida (Al(OH)3).

Aparaturu sloiti i filtriranje izvriti prema slici 39.

34

Slika 39. Priprema naboranog filtar-papira.

ZADATAK:

Napiite jednadbu reakcije aluminijeva(III) klorida i otopine amonijaka!

EKSPERIMENT 9. Filtriranje na filtar-papiru u Bchnerovom lijevku


Filtar-papir ,kare

Bchnmerov (Bihner) lijevak

Boca sisaljka

Vodena vakuum pumpa

KEMIKALIJE: Otopina olovnog(II) nitrata, w(Pb(NO3)2 = 2 %

Otopina kalijeva jodida, w(KI) = 2 %

POSTUPAK:

U epruvetu uliti 5 cm3 otopine olovnog(II) nitrata i dodati 5 cm3 otopine kalijeva jodida.

Nastaje uti svilenkasti talog olovnog(II) jodida. Epruvetu oprezno zagrijavati (vidi poglavlje

1.2., toka 13.) uz potresanje. im suspenzija zakuha epruvetu odloiti u stalak da se hladi.

Hlaenjem se izluuje uti kristalinini PbI2. Pripremiti za filtriranje Bchnerov lijevak.

Promjer filtar-papira mora biti oko 1 mm manji od promjera perforirane ploe u lijevku.

Lijevak pomou gumenog epa postaviti na bocu sisaljku, a bocu sisaljku spojiti na vodenu

vakuum pumpu (slika 40.). Izrezani odgovarajui papir staviti na plou lijevka i navlaiti

destiliranom vodom. Ukljuiti vodenu vakuum pumpu, koja priljubi filtar-papir na plou

lijevka i izvriti filtriranje.

35

Slika 40. Filtriranje na Bchnerovom lijevku:

1-boca sisaljka,

2-Bchnerov lijevak,

3-vodena vakuum pumpa

ZADATAK:

Napiite jednadbu nastajanja taloga PbI2 u ovom eksperimentu!

4.2.2. RASTAVLJANJE HOMOGENIH SMJESA

Za odjeljivanje istih tvari iz njihovih homogenih smjesa slue: destilacija, frakcijska

destilacija, ekstrakcija (izmukavanje) i sublimacija.

Destilacija je proces koji se sastoji od operacije uparavanja i operacije ukapljavanja.

Destilacijom se odjeljuju kapljevite, lake hlapljive tvari iz otopina, a zaostanu teko hlapljive

tvari.

Postupnim hvatanjem frakcija, tzv. frakcijskom destilacijom mogue je postupno odvojiti tvari

vrlo bliskog vrelitem.

Sublimacija je izravan prijelaz iz vrstog stanja u plinovito stanje i opet natrag u vrsto stanje,

bez kapljevitog meustanja. Tim postupkom odjeljuju se tvari koje sublimiraju od ostalih.

Ekstrakcija ili izmukavanje temelji se na razliitoj topljivosti neke tvari u dva otapala, koja

se meusobno ne mijeaju (Nernstov zakon razdjeljenja). Viestrukim izmukavanjem moe

se ta tvar potpuno ekstrahirati iz smjese.

EKSPERIMENT 10. Destilacija i frakcijska destilacija

36

PRIBOR: Tikvica za destilaciju s okruglim dnom

Termometar

Liebigovo (Libig) hladilo

Dvije gumene cijevi za hladilo

Dva ispravno probuena epa

Erlenmayerova tikvica

Stalak s epruvetama

Menzura

Graduirana pipeta od 10 cm3

Plamenik, azbestna mreica

eljezni prsten, dva eljezna stativa, dvije hvataljke

Kamenii za vrenje

a) DESTILACIJA OTOPINE CuSO4 5H2O

KEMIKALIJE: Otopina CuSO4 5H2O

POSTUPAK:

Sastaviti aparaturu kao to je prikazano na slici 41.

h lad ilo

d e s tila t

Izlaz vo d e U la z v o d e vo d e vo d e

Slika 41. Aparatura za destilaciju.

Termometar mora biti, pomou epa, postavljen tako da ivin rezervoar bude neto nie od

odvodne bone cijevi destilirke kako bi se rezervoar "kupao" u parama destilata i tako

pokazivao stvarnu temperaturu vrenja.

37

U tikvicu za destilaciju uliti oko 50 cm3 otopine CuSO4 5H2O i dodati 2 do 3 kamenia za

vrenje. Otopina CuSO4 5H2O je modre boje. Zagrijavati tikvicu preko mreice i hvatati

destilat u Erlenmayerovu tikvicu. Zabiljeiti temperaturu pri kojoj je otopina poela destilirati.

Nakon to je sakupljeno oko 10 cm3 destilata prekinuti zagrijavanje i ohladiti aparaturu.

ZADATAK:

1. Navedite temperaturu poetka destilacije!

2. Odredite boju destilata i destilacijskog ostatka.

2. Da li je CuSO4 5H2O preao u destilat? Objasnite odgovor!

b) FRAKCIJSKA DESTILACIJA SMJESE VODA ETANOL

U ovom eksperimentu poetna smjesa za frakcijsku destilaciju je smjesa dvije lako hlapljive

komponente: etanol i voda. Obje komponente e isparavati, odnosno destilirati iz vrijue

otopine. Etanol ima temperaturu kljuanja 79C, a voda 100C. Jedan od zadataka

eksperimenta je promatrati to se dogaa kada se otopina tekue-tekue grije i pusti da vrije

odreeni vremenski period. Tijekom destilacije volumen destilata, nazvan frakcija,se

prikuplja na izlazu iz hladila. Udjeli etanola i vode za svaku frakciju bit e naknadno odreeni

iz gustoe frakcija. Gustoa vode iznosi 1,00 g/cm3 (pri 20C), a etanola 0,79 g/cm3 (pri

20C). Frakcije koje dobijete imati e gustou u ovom okviru.

KEMIKALIJE Etanol, C2H5OH, denaturirani (94-96%)

Otopina natrijeva hidroksida, w(NaOH)=8 %

Otopina fenolftaleina

PRIBOR Osobno raunalo

Logger Pro ureaj

Vernier temperaturni senzor za probu

Liebigovo hladilo

Plamenik, Azbestna mreica, Tronog

Tikvica za destilaciju, 500 ml

Dva prstena i tri hvataljke

3 graduirane menzure, 25 ml

Graduirana menzura, 100 ml

ep s dva otvora

38

Kamenii za vrenje

POSTUPAK:

Dat u prilogu na kraju skripte

ZADATAK:

1. Nakon to odredite masu frakcije (oduzeti masu prazne menzure od mase menzure s

destilatom = masa frakcije), izraunajte gustou za svaku frakciju: gustoa =

masa/volumen.

2. Koristei tablicu gustoe etanola, odrediti maseni udio etanola koji odgovara gustoi za

svaku frakciju. Zapisati vrijednosti.

3. Koristei podatke za udio etanola iz prethodnog koraka, odrediti udio vode u svakoj

frakciji.

4. Koja je zastupljenija komponenta u frakciji 1? Objasniti zato nije ista komponenta.

5. Je li gustoa frakcije raste ili opada kako eksperiment napreduje? Objasniti.

6. to se dogaa s udjelom etanola u frakcijama kako eksperiment napreduje? to se dogaa

s udjelom vode?

7. to moete napraviti naknadno kako biste poveali istou etanola (smanjiti udio vode) u

prvoj frakciji? Objasniti.

8. U koraku 16 postupka nali ste (i zabiljeili na grafu) poetnu temperaturu vrenja smjese.

Je li ova temperatura vea ili manja od temperature vrenja istog etanola (79C)?

9. Destiliran je sustav s dvije hlapljive komponente (voda-etanol). Koja frakcija sadri

najvie etanola, a najmanje vode, a koja najvie vode a najmanje etanola?

10. Koja je od dvije navedene komponente hlapljivija?

39

PODACI I RAUN

Frakcija 1 Frakcija 2 Frakcija 3

Masa destilata i menzure g g g

Masa menzure g g g

Masa destilata g g g

Volumen destilata cm3 cm3 cm3

Poetna temperatura vrenja C

Gustoa

g/cm3

g/cm3

g/cm3

Maseni udio etanola % % %

Maseni udio vode % % %

Gustoa etanola i vodenih otopina etanola na 20C

Etanol

(%)

Gustoa

(g/cm3)

Etanol

(%)

Gustoa

(g/cm3)

Etanol

(%)

Gustoa

(g/cm3)

0 0.998 34 0.947 68 0.872

2 0.995 36 0.943 70 0.868

4 0.991 38 0.939 72 0.863

6 0.988 40 0.935 74 0.858

8 0.985 42 0.931 76 0.853

10 0.982 44 0.927 78 0.848

12 0.979 46 0.923 80 0.843

14 0.977 48 0.918 82 0.839

16 0.974 50 0.913 84 0.834

18 0.971 52 0.909 86 0.828

20 0.969 54 0.905 88 0.823

22 0.966 56 0.900 90 0.818

24 0.964 58 0.896 92 0.813

26 0.960 60 0.891 94 0.807

28 0.957 62 0.887 96 0.801

30 0.954 64 0.882 98 0.795

32 0.950 66 0.877 100 0.789

40

EKSPERIMENT 11. Sublimacija joda

PRIBOR: aa od 150 cm3

Tronog, azbestna mreica, plamenik


KEMIKALIJE: Jod (u kristalima)

POSTUPAK: POKUS IZVODITI U DIGESTERU!

U suhu au staviti nekoliko kristala joda. au pokriti porculanskom zdjelicom. Porculansku

zdjelicu ispuniti hladnom vodom. Dno ae lagano zagrijavati preko mreice i promatrati

sublimaciju joda. Na dnu porculanske zdjelice stvaraju se kristali joda. Pustiti da se aparatura

ohladi i da sav jod kondenzira. (PARE JODA SU OTROVNE). Tek tada otkriti au i oprati

posue. Otpadni jod ne bacati ve ga predati laborantu da ga spremi u posebnu posudu.

ZADATAK:

1. Koje boje su pare joda?

EKSPERIMENT 12. Ekstrakcija joda iz vodene otopine

PRIBOR: Lijevak za odjeljivanje

Stativ, eljezni prsten

aa od 250 cm3

KEMIKALIJE: Vodena otopina joda,

Kloroform (CHCl3)

POSTUPAK:

U lijevak za odjeljivanje uliti oko 10 cm3 vodene otopine joda. Dodati 5 cm3 kloroforma i

dobro izmukati. Prigodom izmukavanja lijevak okrenuti naopako i povremeno otvarati

pipac da se tlak u lijevku izjednai s vanjskim tlakom. Nakon izmukavanja, lijevak staviti u

eljezni prsten na stativu (slika 42.) i pustiti da se slojevi odijele. Nakon izmukavanja oituju

se dva sloja. Gornji sloj jest otopina joda u vodi, a donji sloj je otopina joda u kloroformu.

Naime, jod se razdijeli izmeu vode i kloroforma tako da je njegova koncentracija u

kloroformu 250 puta vea nego u vodi:

41

[ ]( )[ ]( )OH2

CHCl2

2

3250I

I=

Donji sloj otpustiti u au, a u lijevak za odjeljivanje dodati jo 5 cm3 kloroforma i ponoviti

izmukavanje. Donji sloj opet otpustiti u au.

Otpadnu otopinu joda u kloroformu ne bacati u izljev, ve je dati laborantu da je spremi u

posebnu bocu!

ZADATAK:

1. Koje je boje vodena otopina joda, a koje otopina joda u kloroformu?

Slika 42. Aparatura za ekstrakciju.

42

4.3. FIZIKE I KEMIJSKE PROMJENE

Kod f i z i k e p r o m j e n e mijenja se samo energetsko stanje tvari, a sama tvar se kod

toga ne mijenja - ona ostaje ista.

Kod k e m i j s k e p r o m j e n e dolazi do bitne promjene sastava tvari - produkt kemijske

promjene nije vie ista tvar kao ona prije kemijske promjene. Kemijsku promjenu prati fizika

promjena, tj. promjenom sastava tvari mijenja se i njezino energetsko stanje.

EKSPERIMENT 13. Zagrijavanje eljezne i magnezijeve ice

PRIBOR Plamenik, klijeta

eljezna ica, magnezijeva ica (vrpca)

POSTUPAK:

eljeznu icu primiti klijetima i zagrijavati je u plamenu plamenika. ica se usije. icu zatim

odloiti da se ohladi. Magnezijevu icu takoer primiti klijetima i drati u plamenu. ica se

zapali i izgori dajui MgO.

ZADATAK:

1. U kojem sluaju se radi o fizikoj, a u kojem o kemijskoj promjeni? Obrazloite odgovor i

napiite jednadbu reakcije za kemijsku promjenu.

ZAKONI KEMIJSKOG SPAJANJA PO TEINI (MASI)

Postoje etiri zakona prema kojima se elementi spajaju u kemijske spojeve:

- ZAKON O ODRAVANJU TEINE (ZAKON O NEUNITIVOSTI MATERIJE).

Otkrio ga je A. L. Lavoisier (Lavoazje) i glasi: Nikakve promjene ne mogu se opaziti u ukupnoj

teini svih tvari koje sudjeluju u nekoj kemijskoj reakciji.

- ZAKON STALNIH TEINSKIH OMJERA. Otkrio ga je J.Proust (Prust) i glasi: Neki

odreeni kemijski spoj uvijek sadri iste kemijske elemente spojene u istom stalnom

teinskom omjeru.

VJEBA BR. 3

43

- ZAKON UMNOENIH TEINSKIH OMJERA. Otkrio ga je J. Dalton i glasi: Kada se dva

elementa spajaju tako da daju vie nego jedan kemijski spoj, onda su teine jednog elementa,

koje se spajaju s odreenom teinom drugog elementa, u jednostavnim umnoenim omjerima.

- ZAKON SPOJNIH TEINA. Otkrio ga je J. B. Richter (Rihter) i glasi: Teine dvaju

elemenata (ili jednostavni umnoci tih teina), koje reagiraju s jednom te istom teinom nekog

treeg elementa, reagiraju i meusobno, a isto tako i s odreenom teinom nekog etvrtog

elementa.

EKSPERIMENT 14. Zakon o odranju teine

PRIBOR: Erlenmeyerova tikvica

Mala epruveta

Pinceta

Gumeni ep


Otopina srebrova(I) nitrata, w(AgNO3) = 2 %

POSTUPAK:

U Erlenmeyerovu tikvicu staviti 10 cm3 otopine natrijeva klorida. Malu epruvetu do polovine

napuniti otopinom srebro-nitrata i oprezno je pincetom smjestiti u tikvicu, pazei da se sadraj

epruvete i tikvice ne pomijeaju (slika 43.). Tikvicu zaepiti gumenim epom i sve zajedno

izvagati. Vagu zakoiti.

Slika 43.

Utege ostaviti na vagi, a tikvicu skinuti i nagnuti je da se otopine izmijeaju. Dolazi do

kemijske reakcije u kojoj nastaje bijeli sirasti talog AgCl(s). Bez skidanja epa ponovo

odvagnuti tikvicu. Teina (masa) ostaje ista kao i prije kemijske reakcije!

44

ZADATAK:

1. Napiite jednadbu kemijske reakcije koja se odvija u ovom eksperimentu.

45

4.4. ZAKON KEMIJSKOG SPAJANJA PO VOLUMENU

GAY - LUSSACOV (Ge - Lisak) ZAKON SPOJENIH VOLUMENA GLASI: Volumeni plinova

koji meusobno reagiraju ili nastaju kemijskom reakcijom odnose se kao mali cijeli brojevi,

kada su mjerenja obavljena pri stalnom tlaku i temperaturi.

EKSPERIMENT 15 . Gay-Lussacov zakon spojenih volumena

PRIBOR: Hofmannov aparat za elektrolizu vode

aa od 400 cm3

Ispravljiva sa icom za prikljuivanje

KEMIKALIJE: Destilirana voda

Sumporna kiselina, razrijeena

POSTUPAK:

Destiliranu vodu uliti u au i slabo zakiseliti s razrijeenom sumpornom kiselinom. Tako je

voda, koja slabo vodi elektrinu struju, postala boljim vodiem. Zakiseljenom vodom napuniti

Hofmannov aparat (slika 44.).

Slika 44. Hofmannov aparat za elektrolizu vode.

Aparat se puni kroz proirenje na srednjoj cijevi uz istovremeno otvorene pipce na vanjskim

cijevima. Kada su vanjske cijevi potpuno ispunjene, zatvoriti pipce. Platinske elektrode

aparata spojiti s izvorom istosmjerne struje (ispravlja) jakosti do 2 A. Ukljuivanjem

46

ispravljaa poinje elektroliza vode. Na katodi redukcijom vode nastaje vodik, a na anodi

oksidacijom vode kisik. Nakon par munuta oitati volumen razvijenih plinova. Vidljivo je da

se volumeni razvijenih plinova odnose kao mali cijeli brojevi, tj. da se volumen vodika prema

volumenu kisika odnosi kao 2:1.

Katoda: 4H+ + 4e- 2H2(g)

Anoda: 2H2O O2(g) + 4H+ + 4e-

----------------------------------------------

2H2O 2H2(g) + O2(g)

ZADATAK:

1. Na temelju sumarne reakcije elektrolize vode izraunajte koji je volumen vode (u

plinovitom stanju) potreban za dobivanje vae koliine kisika!

47

4.5. STRUKTURA ISTIH TVARI

Veina istih tvari u vrstom je stanju kristaline prirode. Kristal ima odreeni geometrijski

oblik. Kutovi meu odgovarajuim plohama kristala neke tvari stalni su i za tu tvar

karakteristini.

Najmanja jedinica kristala koja pomicanjem, uzdu triju prostornih osi, za veliinu svojih

dimenzija, reproducira kristal jest jedinina ili elementarna elija. Dakle, nizanjem

elementarnih elija u prostoru nastaje kristal, tj. prostorna reetka kristalne vrste tvari.

Prostorne reetke mogu se svrstati u sedam kristalnih sustava. U kubinom ili teseralnom

sustavu jedinina elija je kocka. U stvari, u kubinom sustavu javljaju se tri vrste jedininih

elija:

- jednostavna (primitivna) jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima kocke i

meusobno se dodiruju uzdu brida kocke.

- prostorno (volumno) centrirana jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima

kocke i jedan atom u sredini kocke. Atomi se meusobno dodiruju uzdu volumne dijagonale

kocke.

- plono centrirana jedinina elija: Osam atoma smjeteno je na kutovima kocke, a u sredini

svake od est ploha nalazi se jo po jedan atom. Atomi se meusobno dodiruju uzdu plone

dijagonale kocke.

A B C

Slika 45. Jedinine elija kubinog sustava: A - jednostavna jedinina elija, B - volumno centrirana elija, C - plono centrirana jedinina elija.

a = b = c, = = = 90

Jednostavna jedinina elija, prostorno centrirana jedinina elija i plono centrirana jedinina

elija prikazane su na slici 45.

48

ESPERIMENT 16. Vjeba s modelima jedinine elije

PRIBOR: Modeli jedinine elije teseralnog sustava

POSTUPAK: Promatrati jednostavne jedinine elije, volumno centrirane jedinine elije i

plono centrirane jedinine elije.

ZADATAK:

1. Nacrtajte "idealizirane" modele jednostavne, volumno centrirane i plono centrirane

jedinine elije!

Izraunajte (raunom prikaite) koliko atoma pripada pojedinoj jedininoj eliji!

49

4.6. RELATIVNA ATOMSKA I MOLEKULSKA MASA (TEINA)

EKSPERIMEN 17. Odreivanje relativne atomske mase cinka Zn

PRIBOR: "U-cijev", sastavljena od nivo-cijevi i odmjerne cijevi

Epruveta

aa

Dvije gumene cijevi

Stativ, dvije hvataljke, tipaljka

KEMIKALIJE: Cink

Otopina sumporne kiseline

Razrijeena otopina bakrova(II) sulfata

POSTUPAK:

Aparaturu sastaviti prema slici 46. Epruvetu do polovine ispuniti sumpornom kiselinom i

postaviti je na stativ u kosi poloaj (slika 46.). Dolijevanjem vode u nivo-cijev namjestiti nivo

vode u odmjernoj cijevi na nulu (gornji dio skale). Na analitikoj vagi odvagati komadi cinka

mase 0.03 do 0.30 grama. Ampulu s cinkom staviti u epruvetu tako da ne doe u dodir s

kiselinom. Dobro zaepiti epruvetu i izjednaiti nivoe vode u odmjernoj i nivo-cijevi. U tom

trenutku oitati poetni poloaj. Kuckanjem po epruveti ubaciti ampulu s cinkom u kiselinu.

Reakcijom cinka s kiselinom razvija se vodik. (U cilju boljeg razvijanja vodika kiselini je

dobro dodati malo otopine bakrova sulfata i sve skupa s cinkom lagana zagrijati):

Zn(s) Zn2+ + 2e-

2H+ + 2e- H2(g)

---------------------------------------------

Zn(s) + 2H+ Zn2+ + H2(g) ,

Razvijeni vodik potiskuje vodu u odmjernoj cijevi. Viak vode iz nivo-cijevi treba ispustiti u

au otvaranjem tipaljke. Kada se vodik prestane razvijati i epruveta ohladi izjednaiti nivo

vode u odmjernoj i nivo-cijevi. Oitati volumen razvijenog vodika i preraunati ga na standardne

uvjete prema jednadbi:

50

=T

Vp

T

Vp

p = barometarski tlak u laboratoriju / Pa

V = volumen istisnute vode u odmjernoj cijevi (volumen H2) / cm3

T = temperatura u laboratoriju / K

p = 101 325 Pa; T = 273.15 K

V = volumen pri tlaku p i temperaturi T

Mnoina vodika koji se dobije eksperimentom jednaka je

( )m2 V

= VHn mV = molarni volumen plina pri standardnim uvjetima, 22.4 dm3 mol-1,

n(ej Zn) = ekvivalentna jedinka cinka

Iz reakcije vidimo da mnoini ekvivalentne jedinke cinka , odgovara:

n(Zn) = n(H2),

jer je ekvivalentna koliina vodika polovina molekule vodika, odnosno jedan atom vodika je

ekvivalentna jedinka vodika, pa je

n(H) = 2n(H2)

( ) ( )( )( )( )2HZn

Zn

Zn

n

m

n

mZnM == i ( ) ( )

g/mol

ZnZn

MAr =

ZADATAK:

Slika 46. Aparatura za odreivanje relativne atomske mase ekvivalentne jedinke 1/2 Zn.

1. Iz eksperimentalnih podataka izraunajte

relativnu atomsku masu ekvivalentne jedinke

1/2 Zn i odredite relativnu pogreku.

51

4.7. ODNOSI MASA PRI KEMIJSKIM REAKCIJAMA

Rauni koji su u vezi s koliinama i masama tvari koje sudjeluju u kemijskim reakcijama

nazivaju se stehiometrijskim raunima.

Evo jednog primjera:

Naeno je da 10.0 g aluminijeva oksida sadri 5.30 g aluminija i 4.70 g kisika. Odredite

empirijsku formulu (najjednostavniju formulu) tog oksida!

Rjeenje:

Zadano je: m(Al) = 5.30 g

m(O) = 4.70 g

Openito, formula oksida je AlxOy,

odnosno n(Al) : n(O) = x : y

tj. x : y = 0.196 mol : 0.294 mol,

to, ako se podijeli s manjim brojem, daje:

x : y = 1 mol : 1.5 mol

Ovaj odnos treba pomnoiti sa 2 da bi se dobio omjer malih cijelih brojeva:

x : y = 2 mol : 3 mol, prema tome je empirijska formula aluminijeva oksida Al2O3.

EKSPERIMENT 18. Odreivanje empirijske formule bakrova klorida

PRIBOR: aa od 100 cm3

Satno staklo

Tronog, azbestna mreica, plamenik

KEMIKALIJE: Bakar (prah)

Otopina duine kiseline, w(HNO3) = 35 %

Otopina klorovodine kiseline, w(HCl) = 20 %

POSTUPAK: EKSPERIMENT IZVODITI U DIGESTORU!

istu i suhu au izvagati na analitikoj vagi. Sada u au staviti 0.2 do 0.3 g bakra, te sve

zajedno tono izvagati. au prenijeti u digestor i u nju staviti 5 cm3 otopine duine kiseline.

au pokriti sa satnim staklom i lagano zagrijavati, preko mreice, da se sav bakar otopi.

(Ako je potrebito dodati jo par kapi duine kis.). Kada se sav bakar otopio u au dodati 5

52

cm3 otopine klorovodine kiseline. Satno staklo ukloniti i sadraj ae lagano upariti, preko

mreice, do uto-smeeg taloga. Plamenik ugasiti, a au s talogom ostaviti da se ohladi na

temperaturu laboratorija. Potom au s talogom tono izvagati.

ZADATAK:

1. Iz podataka dobivenih eksperimentom, a po analogiji prikazanog primjera, odredite

empirijsku formulu bakrova klorida.

Na osnovu dobivene formule bakrova klorida, napiite jednadbu reakcije nastajanja bakrova

klorida iz otopine bakrova nitrata i klorovodine kiseline.

53

4.8. PLINSKI ZAKONI

Postoje dva osnovna zakona prema kojima se vladaju idealni plinovi:

BOYLE - MARIOTTEOV (Bojl-Mariotov) ZAKON: Produkt tlaka (p) i volumena (V) neke

odreene koliine plina pri stalnoj temperaturi je konstantan:

p V = konstanta, (T = konstanta)

CHARLES - GAY - LUSSACOV (arl-Ge-Lisak) ZAKON: Pri stalnom tlaku volumen

odreene mase plina raste (ili pada) za 1/273.15 volumena pri 0oC, kada temperatura poraste

(ili padne) za 1oC:

gdje je V volumen plina pri temperaturi t, a V pri 0oC.

tV

VV +=

15.273

ili

( )tC15.27315.273

+= VV

Poto je 273.15oC + t = T, a V / 273.15oC konstantna vrijednost, to se moe pisati:

V = konstanta * T

(pri stalnom tlaku i stalnoj masi plina)

AVOGADROV ZAKON:

Plinovi jednakog volumena pri istoj temperaturi i tlaku sadre isti broj molekula. A to znai

da isti broj molekula bilo kojeg plina zauzima u identinim fizikim uvjetima isti volumen.

Tako i 1 mol bilo kojeg plina pri identinim fizikim uvjetima zauzima isti volumen, kojeg

nazivamo molarnim volumenom (Vm).

Vrijednost molarnog volumena plina pri standardnim (normalnim) okolnostima (STP ili NTP:

T = 273.15 K, p = 101.325 kPa) iznosi Vm = 22.4 dm3 mol-1.

Primjer odreivanja molarnog volumena eksperimentom:

VJEBA BR. 4

54

Kisik razvijen eksperimentom istisnuo je 320 cm3 vode, pri temperaturi od 295.15 K i tlaku

100.258 kPa. Masa razvijenog kisika bila je 0.4176 g.

Rjeenje:

Volumen razvijenog kisika (pri navedenim uvjetima) jednak je volumenu istisnute vode: V =

320 cm3.

Volumen pri standardnim okolnostima rauna se iz jednadbe:

=T

Vp

T

Vp

odnosno,

Tp

TVpV

=

K 15.295kPa 325.101

K 15.273cm 320kPa 258.100 3

=V

293 =V cm3.

Dakle, pri standardnim okolnostima:

0,417 g O2 ima volumen 293 cm3

M*( O2) Vm

_______________________________________

0,417 g 293 cm3

32 g Vm

________________________________________

gVm 417.0

g/mol 32cm 293 3 =

55

3cm22484=mV = 22.5dm3/mol.

Vrijednost Vm neto odstupa od tone vrijednosti 22.4 dm3 mol-1 ali to je posljedica pogreke

koja je neizbjena pri eksperimentiranju.

Kada odvagnemo onoliko grama neke tvari definirane kemijske formule, kolika je njezina

molekulska teina, odvagali smo upravo 1 mol te tvari. Znai, molarna masa M = Mr g/mol.

EKSPERIMENT 19. Odreivanje molarnog volumena kisika

PRIBOR: Epruveta (velika)

Tikvica s ravnim dnom

Menzura

aa od 800 cm3

etiri staklene cijevi

Dvije gumene spojne cijevi, dva gumena epa

tipaljka

Hvataljka, stativ, plamenik

KEMIKALIJE: Kalijev klorat (KClO3(s))

Manganov(IV) oksid (MnO2(s))

POSTUPAK:

Aparaturu sastaviti prema slici 47. Aparatura treba dobro brtviti. Epruveta mora biti ista i

potpuno suha. U epruvetu staviti dvije lice smjese (KClO3 i MnO2) u omjeru 5:1. Epruvetu

sa smjesom izvagati na analitikoj vagi. Nakon toga laganim kuckanjem epruvete o dlan

izmijeati smjesu. Sada epruvetu staviti na njeno mjesto u aparaturi (slika 47). Tikvicu

napuniti vodovodnom vodom do vrha. Odvodnu cijev (d-e-f) ispuniti vodom tako da se

puhne u cijev (a) (uz otovorenu tipaljku) i kad voda potee zatvoriti odvodnu cijev

tipaljkom. Otvor odvodne cijevi (f) mora biti ispod povrine vode, podignuti au tako da se

nivoi vode u tikvici i ai izjednae. U tom poloaju otvoriti tipaljku par sekunda da se

izjednai tlak u tikvici s atmosferskim tlakom u laboratoriju. Sada zatvoriti cijev tipaljkom i

vodu izliti iz ae. Nakon toga vratiti odvodnu cijev u au i skinuti (otvoriti) tipaljku. Ako

aparatura dobro britvi iz cijevi nee tei voda. U protivnom aparaturu treba podesiti.

56

Epruvetu sa smjesom zagrijavati najprije blago (laganim plamenom), a zatim jae, da se kisik

stalno i umjereno razvija. Naime, zagrijavanjem smjese (KClO3 i MnO2) manganov (IV)

oksid katalizira raspad kalijeva klorata tako da se razvija kisik:

2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g)

Kisik potiskuje vodu iz tikvice u au. Otvor odvodne cijevi (f) mora za vrijeme

eksperimenta stalno biti ispod nivoa vode u ai!

Kada se u ai sakupi oko 250 cm3 vode zagrijavanje prekinuti. Priekati da se epruveta

ohladi na temperaturu laboratorija. Neto vode e se, tijekom hlaenja, vratiti iz ae u

tikvicu. Kada se epruveta ohladila au, uz otvor (f) ispod povrine vode, podignuti tako da

se izjednae nivoi vode u ai i u tikvici (izjednaavanje tlakova) i u tom poloaju zatvoriti

tipaljku. Izmjeriti volumen vode u ai menzurom. Volumen vode odgovara volumenu

razvijenog kisika.

Epruvetu, zajedno sa sadrajem, odvagnuti na analitikoj vagi. Razlika u masi epruvete (sa

sadrajem) prije i nakon zagrijavanja odgovara masi razvijenog kisika.

Slika 47. Aparatura za odreivanje molarnog volumena kisika.

MnO2

57

ZADATAK:

1. Na osnovu podataka dobivenih eksperimentom, a po analogiji prikazanog primjera,

odredite (izraunajte) molarni volumen kisika.

EKSPERIMENT 20. Boyle-Mariotteov zakon

Osnovni zadatak eksperimenta je odrediti odnos izmeu tlaka i volumena plina koji se nalazi

u zatvorenom odreenom prostoru. Plin koji emo koristiti je zrak i bit e zatvoren u prici

spojenoj na Vernier plinski tlani senzor ili tlani senzor (Slika 48). Kako se mijenja volumen

plina u prici pomicanjem klipa price, mijenja se i tlak naprezanja zatvorenog plina.

Promjene tlaka bit e oitovane na monitoru raunala uporabom tlanog senzora. Pretpostavka

je da je temperatura konstantna tijekom izvoenja eksperimenta. Parovi podataka tlak

volumen bit e prikupljeni tijekom eksperimenta i zatim analizirani. Iz podataka i grafa

potrebno je odrediti matematiki odnos koji postoji izmeu tlaka i volumena plina koji se

nalazi u zatvorenoj prici.

Povijesno gledano, zakon je prvi utemeljio Robert Boyle 1662. godine i od tada je poznat kao

Boyleov zakon.

Slika 48. Aparatura za odreivanje ovisnosti P V u Boyle-Mariotteovom zakonu.

PRIBOR: Osobno raunalo

Logger Pro ureaj

Vernier plinski tlani senzor ili tlani senzor

prica za plin od 20 ml

58

POSTUPAK:


PODACI I REZULTATI

Volumen

(ml)

Tlak

(kPa)

Konstanta, k

(P / V ili P V)

ZADATAK

1. Ako volumen udvostruimo s 5 ml na 10 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost

tlaka u odgovoru.

2. Ako volumen prepolovimo s 20 ml na 10 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost

tlaka u odgovoru.

3. Ako volumen utrostruimo s 5 ml na 15 ml, to se dogaa s tlakom? Prikaite vrijednost

tlaka u odgovoru.

4. Na osnovu odgovora na prva tri pitanja i oblika krivulje na grafu tlak volumen je li

odnos izmeu tlaka i volumena zatvorenog plina direktna ili inverzna? Objasniti

odgovor.

5. Na osnovu podataka, kakvu promjenu tlaka oekujete ako se volumen povea na 40 ml.

Objasniti ili potvrditi eksperimentom svoju tvrdnju.

6. Na osnovu podataka, kakvu promjenu tlaka oekujete ako se volumen smanji na 2.5 ml.

Objasniti ili potvrditi eksperimentom svoju tvrdnju.

7. Za koje eksperimentalne faktore se podrazumijeva da su konstantni tijekom

eksperimenta?

59

8. Jedan nain da se utvrdi je li odnos direktan ili inverzan je nai konstantu proporcije, k, iz

podataka. Ako je odnos direktan, k=P/V. Ako je odnos inverzan, k=P*V. Na osnovu

odgovora na pitanje br. 4, izaberite jednu od tih jednadbi i izraunajte konstantu, k, za

sedam odreenih parova iz tablice podataka (podijeli ili pomnoi vrijednosti P i V).

Prikaite rezultate u treoj koloni tablice.

9. Kakve su vrijednosti konstante, k, dobivene iz pitanja 8? Dobri podaci mogu pokazati

manja odstupanja, ali vrijednosti konstante, k, treba biti relativno konstantna.

10. Koristei P, V i k prikaite jednadbu koja predstavlja Boyleov zakon.

EKSPERIMENT 21. Charles-Gay Lussacov zakon

PRIBOR: Tri stativa, prsten, hvataljka

Graduirana pipeta

Obian lijevak

Tikvica s okruglim dnom

Velika aa

Termometar

Dvije due gumene cijevi

Gumeni ep

Staklena cijev

Azbestna mreica, tronog, plamenik

POSTUPAK:

Aparaturu sloiti prema slici 49. U lijevak polako ulijevati vodovodnu vodu dok se pipeta ne

napuni do polovine (paziti da u gumenoj cijevi ne ostane zraka!). Tikvicu, koja je smjetena u

au s vodom, dobro zaepiti epom kroz koji prolazi staklena cijev. U tikvici je zrak!

Podignuti lijevak da se izjednae nivoi vode u lijevku i u pipeti. U tom poloaju oitati nivo

vode u pipeti. Oitati temperaturu vode u ai. (Temperatura zraka u tikvici). Vodu u ai

zagrijati za 10 K i podizanjem lijevka izjednaiti nivoe vode u lijevku i u pipeti, te oitati nivo

vode u pipeti. Postupak ponoviti nakon to se vodi u ai temperatura zagrijavanjem ne

podigne za jo 10 K.

60

Slika 49. Aparatura za demonstraciju Charles-Gay Lussacova zakona

ZADATAK:

1. Popunite tablicu:

T/K

VH2O / cm3

2. Uvidom u tablicu (pod 1) odgovorite kako se mijenja volumen zraka u tikvici kada se

temperatura zraka (vode) povisi za 1 K? Tlak je stalan!

EKSPERIMENT 22. Ovisnost tlaka o temperaturi kod plinova

Plinovi se sastoje od molekula koje su u stalnom kretanju i definirani su tlakom naprezanja

prilikom sudara sa stjenkama posude u kojoj se nalaze. Na brzinu i broj sudara molekula plina

utjee rast ili pad temperature plina. U ovom eksperimentu e te promatrati odnos temperature

uzorka plina i tlaka naprezanja. Koristei aparat prikazan na slici 50, u Erlenmeyerovu tikvicu

e te zatvoriti zrak (to je plin koji promatramo) i sve zajedno smjestiti u vodenu kupelj i

mjeriti temperaturu. Tlak e biti praen pomou senzora za tlak, a temperatura pomou

senzora za temperaturu. Volumen uzorka plina i broj molekula zraka u tikvici e biti

konstantni. Parovi podataka tlak temperatura bit e prikupljani tijekom trajanja

eksperimenta, a zatim analizirani. Na osnovu podataka i grafa odrediti ete kakva

matematika relacija povezuje ove dvije komponente tlak i apsolutna temperatura

61

zatvorenog plina. Takoer moete izraunati promjenu tlaka naprezanja i iskoristiti dobivene

podatke za nai vrijednost apsolutne nule na Celsiusovoj temperaturnoj skali.

Slika 50. Aparatura za demonstraciju ovisnosti tlaka i temperature kod plinova.


Vernier suelje raunala

Logger Pro

Vernier senzor tlaka

Erlenmeyerova tikvica, 125-ml

Vernier temperaturni senzor

Plastina cjevica s dva konektora

Gumeni epovi

Prsten

Sigurnosna spojnica

Tronog, azbestna mreica i plamenik po Bunsenu

Rukavice ili krpa

etiri ae, 1000 ml

Led

POSTUPAK:


ZADATAK:

1. Pri pravilnom izvoenju eksperimenta koja dva eksperimentalna faktora trebate drati

konstantnima?

62

2. Temeljem podataka koje ste dobili za ovaj eksperiment, objasnite odnos izmeu tlaka

plina i temperature.

3. Objasnite taj koncept, tj. odnos, koristei koncept brzine kretanja molekula plina i sudara

molekula.

4. Napisati jednadbu kako bi izrazili odnos izmeu tlaka i apsolutne temperature (K).

Koristite simbole P, T i k.

5. Jedan nain za utvrditi je li odnos direktan ili inverzan je nai konstantu

proporcionalnosti, k, iz podataka. Ako je funkcija direktna, k = P/T. Ako je funkcija

inverzna, k = PT. Na temelju odgovora na pitanje br. 4, izaberite jednu od funkcija i

izraunajte k za parove podataka T P (podijeli ili pomnoi P i T vrijednosti). Iznos

konstante, k, prikai u etvrtoj koloni tablice podataka i rezultata. Je li konstanta, k,

konstantna za svaki par vrijednosti P i T?

6. Prema tvrdnji ovog eksperimenta, to e se dogoditi s tlakom plina ako se apsolutna

temperatura povea dva puta? Provjerite ovu pretpostavku tako to ete nai vrijednost

tlaka na -73C (200 K) i na 127C (400 K) na vaem grafu tlak - temperatura. Kako se

poklapaju dobivene vrijednosti tlaka?

PODACI I PRORAUN

Tlak (kPa)

Temperatura (C)

Temperatura (K)

Konstanta, k (P / T ili PT)

63

4.9. OTOPINE

4.9.1. OTOPINE I NJIHOVA SVOJSTVA

Otopine su homogene smjese istih tvari, tj. otopine sadre dvije ili vie tvari pomijeanih u

stanju molekulske disperzije. Otopine mogu biti plinovite, vrste i kapljevite. Najee se

misli na otopine kapljevitog agregatnog stanja. Tvari koje ine otopine nazivaju se

komponentama. Komponenta koje je nazona u otopini u veoj koliini od ostalih

komponenta naziva se otapalom, a ostale komponente su otopljene tvari. Otapalo je u

najveem broju sluajeva voda, te se najee govori o vodenim otopinama. Sve tvari ipak

nisu topljive u vodi, pa su u uporabi i druga otapala: (npr. etanol, benzen, kloroform itd.).

Kvantitativno se sastav otopina najee izraava slijedeim veliinama:

(A - otapalo ; B - otopljena tvar)

MNOINSKA KONCENTRACIJA (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mnoine otopljene

tvari i volumena otopine:

)(

)()(

otopineV

BnBc = ; SI jedinica = mol m-3

Vie je u uporabi decimalna SI-jedinica mol dm-3

MASENA KONCENTRACIJA (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mase otopljene tvari i

volumena otopine:

)(

)()(

otopineV

BmBy = ; SI jedinica = kg m-3

U laboratorijskom radu najee se masena koncentracija izraava g dm-3.

MOLALITET (OTOPLJENE TVARI) jest omjer mnoine otopljene tvari i mase otapala:

)(

)()(

Am

BnBb = ; SI jedinica = mol kg-1

VJEBA BR.: 4

64

MNOINSKI (KOLIINSKI) UDIO neke tvari u otopini jednak je omjeru mnoine te tvari

prema ukupnoj mnoini svih tvari:

)()(

)()(

BnAn

AnAx

+=

Mnoinski udio je bezdimenzijska veliina, jer joj je jedinica broj 1.

MASENI UDIO neke tvari u otopini jednak je omjeru mase te tvari prema ukupnoj masi svih

tvari u otopini:

)()(

)()(

BmAm

AmAw

+=

Maseni udio je, kao i mnoinski udio, bezdimenzijska veliina. Maseni udio se esto izraava

u postocima. Postotak se dobiva mnoenjem vrijednosti masenog udjela sa 100.

Primjer pripreme otopine zadane koncentracije:

Na raspolaganju je sumporna kiselina: w(H2SO4) = 96%, = 1.84 kg dm-3, Mr(H2SO4) =

98.08.

Treba od te kiseline pripremiti 250 cm3 otopine sumporne kiseline, koncentracije c(H2SO4) =

0.2 mol dm-3.

Masa H2SO4 (100%) potrebna za pripremu 250 cm3 otopine H2SO4, c(H2SO4) = 0.2 mol dm

-3

jest:

m(H2SO4) = V c M(H2SO4)

m(H2SO4) = 0.250 dm3 0.2 mol dm-3 98.08 g mol-1

m(H2SO4) = 4.9 g

96 g H2SO4 je u 100 g 96%-tne otopine, a 4.9 g je u:

(100/96) 4.9 g otopine = 5.1 g.

Masa od 5.1 g 96%-tne otopine ima volumen:

V = m/ = 5.1 g / 1.84 g cm-3 = 2.8 cm3

Znai da u odmjernu tikvicu od 250 cm3 treba menzurom odmjeriti tono 2.8 cm3 96%-tne

otopine H2SO4 i nadopuniti je destiliranom vodom do oznake. Sadraj tikvice dobro protresti.

65

Priblino vrijedi staro pravilo da se slino otapa u slinom, tj. nepolarni spojevi otapaju se u

nepolarnim kapljevinama, a polarni i ionski spojevi u polarnim kapljevinama.

Zasiena otopina neke tvari pri odreenoj temperaturi jest ona otopina koja se nalazi u

ravnotei s neotopljenom vrstom tvari. Ako otopina sadri vie otopljene tvari nego li

odgovara zasienoj otopini pri toj temperaturi, takva otopina naziva se prezasienom

otopinom.

Topljivost vrste tvari u odreenoj kapljevini (otapalu) moe rasti ili opadati s porastom

temperature. Obino topljivost raste s porastom temperature.

Otapanjem vrste tvari u vodi toplina se ili oslobaa ili vee. Ako se toplina prilikom otapanja

oslobaa proces je e g z o t e r m a n, a ako se toplina vee e n d o t e r m a n.

Ako je otapanje endoterman proces, topljivost raste s porastom temperature. Ako je otapanje

egzoterman proces, topljivost opada s porastom temperature. Promjena topljivosti vrste tvari

s promjenom temperature povezana je s toplinom otapanja jednim opim principom koji

vrijedi za svako ravnoteno stanje.

- L e C h a t e l i e r o v p r i n c i p (L,atelje): Ako se na sustav koji se nalazi u ravnotei

izvana djeluje nekim nasiljem, sustav pomie ravnoteu u cilju izbjegavanja nasilja (tj.

uspostavljanja prvobitnih uvjeta).

Otopine kapljevina u kapljevinama

Kod otapanja kapljevina u kapljevinama mogua su tri sluaja:

- Kapljevine se potpuno mijeaju: U tom sluaju postoji samo jedna kapljevita faza s dvije ili

vie komponenata.

- Kapljevine se ne mijeaju: U tom sluaju evidentna su dva sloja: Gornji jest kapljevina

manje gustoe, a donji kapljevina vee gustoe.

- Kapljevine se djelomino mijeaju:

U tom sluaju kapljevine daju u odreenom koncentracijskom intervalu homogenu otopinu, a

izvan tog podruja postoje dva sloja kapljevina. Jedan sloj je zasiena otopina komponente A

u komponenti B, a drugi sloj je zasiena otopina komponente B u komponenti A.

66

Otopine plinova u kapljevinama

Koliina plina koje se otapa u odreenoj koliini kapljevine ovisi o prirodi plina, temperaturi i

tlaku plina koji je u dodiru s kapljevinom.

Utjecaj prirode plina oituje se u njegovom kemijskom ponaanju. Plinovi koji kemijski ne

reagiraju s kapljevinom slobo se u njoj otapaju, dok se plinovi koji kemijski reagiraju s

kapljevinom dobro u njoj otapaju. Tako se u vodi dobro otapaju plinovi: NH3, HCl, H2S, SO2

i CO2, dok se slabo otapaju plinovi: H2, O2, N2 i CO.

Utjecaj temperature: to je via temperatura kapljevine to se manja koliina plina u njoj

otapa.

Utjecaj tlaka plina:

HENRYJEV ZAKON: Masa plina otopljena u odreenoj masi kapljevine pri odreenoj

temperaturi direktno je proporcionalna parcijalnom tlaku tog plina iznad kapljevine:

x = Kx p (x je mnoinski udio plina u otopini)

Volumen otopljenog plina neovisan je o tlaku plina!

Henryjev zakon vrijedi samo za slabo topljive plinove pri niskim parcijalnim tlakovima.

RAOULTOV ZAKON (Raul): Parcijalni tlak pare otapala nad otopinom manji je od

parcijalnog tlaka pare istog otapala:

pA = pAo xA pA - parcijalni tlak pare otapala A nad otopinom;

pAo - parcijalni tlak pare istog otapala;

xA - mnoinski udio otapala u otopini

EKSPERIMENT 23. Priprema otopine zadane koncentracije

ZADATAK:

1. Priredi 250 cm3 otopine HCl koncentracije 0.1 mol dm-3. Na raspolaganju Vam je 36%

otopina HCl gustoe 1.18 g/cm3. Izraunati.

67

2. Priredi 250 cm3 vodene otopine limunske kiseline, monohidrata, 0.1 mol dm-3. Na

raspolaganju Vam je 36 % otopina limunske kiseline, monohidrata, (C6H8O7*H2O)

gustoe 1.049 g/cm3. Izraunati.

Popuni tablicu

Mr (HCl)

(36% HCl) Potrebno volumena

Mr (limunska kiselina monohidrat)

(36% (limunska kiselina monohidrat) Potrebno volumena

PITANJA:

1. Koji pribor je potreban za pripremu zadane otopine?

2. Koliko je izvorne otopine HCl i limunske kiseline potrebno za pripremu zadane otopine?

Prikaite proraun.

EKSPERIMENT 24. Ovisnost topljivosti o prirodi (strukturi) tvari


KEMIKALIJE: NaCl, vrst

Naftalen (C10H8)

Etanol (C2H5OH)

Tetraklormetan (CCl4)

POSTUPAK:

U tri epruvete staviti po oko 1 g NaCl. Zatim u svaku epruvetu staviti po 5 cm3 odgovarajueg

otapala: u prvu destiliranu vodu, u drugu etanol i u treu tetraklormetan. Sadraj svake od

epruveta dobro promijeati i protresti.

U druge tri epruvete staviti po oko 1 g C10H8. Ponoviti postupak otapanja, kao kod NaCl.

Promatrati otapanje NaCl i C10H8 u navedenim otapalima. Podatke (otapa se; slabo se otapa;

ne otapa se) unijeti u tablicu:

68

Otapalo otapanje NaCl otapanje naftalena Voda Etanol Tetraklormetan

NAPOMENA: Voda je polarno, etanol slabo polarno, a tetraklor metan nepolarno otapalo.

ZADATAK:

1. Na temelju podataka o topljivosti, odgovorite kakav je spoj (kovalentni ili ionski) NaCl, a

kakav C10H8?

EKSPERIMENT 25. Ovisnost topljivosti o temperaturi

a) Otapanje kalijeva nitrata

PRIBOR: Velika epruveta

Termometar

Plamenik

Pipeta

KEMIKALIJE: Kalijev nitrat, vrst (KNO3)

POSTUPAK:

Otpipetirati 10 cm3 destilirane vode u veliku epruvetu. U toj vodi, laganim zagrijavanjem,

otopiti tono 3 g KNO3. Otopina ne smije provriti, da ne isparava voda! Kada se sol otopi

prekinuti zagrijavanje i pustiti da se otopina polako hladi uz stalno mijeanje (najbolje

oprezno mijeati termometrom). Zabiljeiti temperaturu pri kojoj se pojave prvi kristali. Sada

u istu epruvetu dodati jo 3 g KNO3 i opet laganim zagrijavanjem otopiti sav KNO3. Opet

pustiti da se otopina hladi uz mijeanje, te opet zabiljeiti temperaturu pri kojoj se pojave prvi

kristali.

itav postupak ponoviti jo 2 puta, dodatkom u dva navrata po jo 3 g KNO3.

ZADATAK:

1. Nacrtati krivulju topljivosti KNO3 u vodi u ovisnosti o temperaturi. Na apscisu navesti

temperaturu (T / K), a na ordinatu grame KNO3 / 100 cm3 vode.

Je li otapanje kalij-nitrata u vodi endoterman ili egzoterman proces? Obrazloite odgovor!

69

b) Biljeenjenje krivulja endotermne i egzotermne reakcije Logger Pro ureajem

U prvom dijelu pratit e te reakciju izmeu otopine limunske kiseline i natrijeva

hidrogenkarbonata (NaHCO3). Jednadba kemijske reakcije glasi:

H3C6H5O7(aq) + 3 NaHCO3(s) 3 CO2(g) + 3 H2O(l) + Na3C6H5O7(aq)

U drugom dijelu pratit e te reakciju izmeu magnezija i otopine klorovodine

kiseline. Jednadba kemijske reakcije glasi:

Mg(s) + 2 HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq)

U ovom eksperimentu ete koristiti Logger Pro za prikupljanje i prikaz podataka u obliku

grafa ili tablice, analizu vaih eksperimentalnih podataka i prikaz grafa ili tablice podataka.

Slika 52


Logger Pro ureaj

Vernier temperaturni senzor za probu

Graduirana menzura, 50 ml

Vaga

aa od stiropora ili termos-posuda

aa, 250 ml

Limunska kiselina, H3C6H5O7, otopina

Natrijev hidrogenkarbonat NaHCO3

Magnezij, Mg

Klorovodina kiselina, HCl, otopina

70

POSTUPAK:


TABLICA PODATAKA

SERIJA I SERIJA II

Konana temperatura, t2 C C

Poetna temperatura, t1 C C

Temperaturna promjena, t

Documents

Opca Kemija-skripta Za Vjezbe