Indrumator Lucrari Practice Ch Fizica Sem2

VLAD AGOTICI GHEORGHE DEHELEAN

PETRA SILVIA AGOTICI ADRIANA DĂRĂBAN

Îndrumător de lucrări practice

1

Cuprins

Norme generale de protecŃia muncii în laboratorul de chimie 33

CINETICA CHIMICĂ 5

Lucrarea 1. Studiul cinetic al hidrolizei esterilor 12

Lucrarea 2. Studiul cinetic al descompunerii apei oxigenate 16

Lucrarea 3. Polarimetria. AplicaŃii. 19

Lucrarea 4. Determinarea constantei de vitezei a reacŃiei de hidrolizei

zaharozei în mediu acid 27

Lucrarea 5. Determinarea energiei de activare – ReacŃia Landolt 30

Cinetica enzimatică 33

Lucrarea 6. Determinarea vitezei de reacŃie a descompunerii zaharozei în

prezenŃa invertazei. 37

Probleme cinetică chimică şi polarimetrie 41

ELECTROCHIMIA 44

Lucrarea 7. Elementul galvanic (Pila Daniel) 48

Lucrarea 8. Determinarea energiei Gibbs prin măsurarea forŃei

electromotoare a unui element galvanic la diferite temperaturi 50

Lucrarea 9. Determinarea conductometrică a constantei de aciditate 54

Lucrarea 10. Legile electrolizei. Coulometrul de gaz (Voltmetrul Hoffmann) 58

Probleme Electrochimie 62

Cinetică Chimică, Electrochimie, Chimie Coloidală

2

CHIMIA COLOIDALĂ ŞI A INTERFEłELOR 69

Lucrarea 11. AdsorbŃia unor compuşi din soluŃie cu ajutorul unor sisteme

coloidale 74

Lucrarea 12. Determinarea dimensiunii particulelor în suspensie în funcŃie de

viteza de sedimentare 81

Lucrarea 13. Determinarea masei molare a unui polimer prin măsurarea

presiunii osmotice 84

Lucrarea 14. Studiul stabilităŃii unei suspensii în funcŃie de mediul de

dispersie. 89

.Probleme sisteme coloidale 93

Bibliografie 94


3

Norme generale de securitatea muncii în laboratorul

de chimie

1. Hainele folosite în timpul lucrărilor practice să fie simple, să nu deŃină elemente volante care să poată încurca efectuarea lucrării. În timpul lucrărilor practice efectuate cu mâna este de dorit să nu se poarte inel proeminent. Părul lung trebuie să fie legat. Purtarea halatului alb în timpul lucrărilor practice este obligatorie.

2. În laborator se impune un comportament civilizat, atenŃia să fie îndreptată asupra experimentului şi nu trebuie distrasă atenŃia altora în mod inutil. Să nu se lucreze decât cu aparate cu a căror funcŃionare este clară. Este interzis lucrul la instalaŃiile care nu sunt prevăzute în lucrările practice. Să se ceară ajutorul asistentului în toate cazurile când prevederile lucrării practice o cer sau atunci când apar orice fel de complicaŃii în timpul lucrării.

3. Să se păstreze ordinea la punctul de lucru. AtenŃie la utilizarea instrumentelor ascuŃite, obiectelor de sticlă etc. Lichidele vărsate pe podea sau pe masa de lucru trebuie şterse imediat cu o cârpă cu excepŃia cazurilor în care acestea sunt periculoase (ex. acid, otravă, etc.) caz în care necesită condiŃii speciale de înlăturare.

4. Este interzis mâncatul şi fumatul în laborator.

5. Să nu se înceapă lucrarea practică cu mâna rănită. Trebuie semnalat acest lucru asistentului. La terminarea lucrării practice mâinile trebuie spălate cu mare atenŃie

6. În timpul lucrărilor practice se folosesc rareori substanŃe corozive. În cazul când acestea ajung pe piele sau mucoase trebuiesc imediat şterse cu o cârpă moale şi apoi spălate cu apă abundentă.

7. De asemenea este mic şi numărul substanŃelor foarte toxice care se folosesc. Nu trebuie uitat însă faptul că multe substanŃe utilizate chiar foarte diluate figurează pe lista substanŃelor toxice. Câteva flacoane cu lichid concentrat pot să provoace intoxicaŃii grave. Trebuie evitat ca până şi substanŃele foarte diluate să intre în contact cu pielea sau cu mucoasele.


4

8. Câteva lichide care se folosesc sunt inflamabile şi în general sunt marcate în acest fel Din aceste lichide se toarnă deodată doar cantităŃi mici şi imediat se închide flaconul. Este interzisă utilizarea surselor de încălzire şi focul deschis în apropierea substanŃelor inflamabile.

9. Robinetele de gaz vor fi manipulate strict de către asistent.

10. În laborator sunt foarte multe aparate electrice. Acestea corespund normelor locale şi internaŃionale de protecŃie la atingere. Legarea aparaturii la reŃea şi pornirea este efectuată de personalul tehnic. Nu trebuie atinse instalaŃiile electrice cu mâna umedă, să nu se atingă instalaŃiile electrice şi împământarea în acelaşi timp.

11. Să nu se blocheze uşile de ieşire şi nici căile de acces dintre mesele de laborator deoarece în cazul unui incendiu s-ar îngreuna evacuarea. În laborator trebuie adus numai echipamentul necesar. Nu trebuie depozitate genŃi pe mese pentru că îngreunează munca şi pot fi distruse.

12. Să nu se uite că regulile de protecŃia muncii obligă anunŃarea imediat a asistentului de orice accidente din timpul lucrării de laborator. Rănile mici, zgârieturile de animale, intrarea în contact cu substanŃe toxice trebuie anunŃate la fel ca şi situaŃiile de urgenŃă majoră.

13. În cazul unui de incendiu trebuie anunŃat imediat asistentul de laborator.

14. Primul ajutor poate fi acordat de către asistent, respectiv clinicile universităŃii.

15. Alte reguli de protecŃia muncii se pot găsi în instrucŃiunile privind metodologia specifică a unor lucrări practice. StudenŃii sunt obligaŃi să respecte instrucŃiunile de protecŃia muncii date de către cadrul didactic.


5

CINETICA CHIMICĂ

Cinetica chimică (de la gr. Kinetos= mişcare) este ramura chimiei care studiază viteza cu care se desfăşoară o reacŃie chimică precum şi factorii care influenŃează viteza reacŃiilor chimice.

Viteza de reacŃie reprezintă variaŃia cantităŃilor (sau concentraŃiilor) de reactanŃi respectiv produşi de reacŃie raportat la unitatea de timp.

Presupunând reacŃia:

A → B

Viteza de reacŃie faŃă de reactanŃi va fi:

t

CC

t

CCv

initialBfinalBinitialAfinalA

∆

−+=

∆

−−=

−− __ (1)

unde v - viteza medie de reacŃie

CA_final- concentraŃia reactantului la momentul t (concentraŃia finală a reactantului)

CA_initial – concentraŃia reactantului la momentul 0 (concentraŃia iniŃială a reactantului)

CB_final – concentraŃia produsului de reacŃie la momentul t (concentraŃia finală a produsului de reacŃie)

CB_initial – concentraŃia produsului de reacŃie la momentul 0 (concentraŃia iniŃială a produsului de reacŃie)

t-timpul de reacŃie

AtenŃie! Semnul „ – ” se foloseşte datorită faptului că reactanŃii se

consumă (cantitatea scade) – astfel încât să nu apară aberaŃii cum ar fi viteză de reacŃie negativă. Dacă se foloseşte viteza de reacŃie în raport cu produşii de reacŃie NU se va folosi semnul „ –”.


6

Viteza instantanee – reprezintă viteza unei reacŃii într-un interval de timp foarte scurt ( apropiat de 0).

Pentru determinarea vitezei de reacŃie este suficientă determinarea cantităŃii unei singure substanŃe din sistemul de reacŃie. Viteza de reacŃie depinde în primul rând de concentraŃia reactanŃilor. În general scăderea concentraŃiei reactanŃilor duce la scăderea vitezei de reacŃie (cu excepŃia reacŃiilor de ordin 0)

Ordine de reacŃie

Fie reacŃia:

A + B → C + D

Viteza de reacŃie instantanee va avea următoarea formulă:

[ ] [ ]nBnABAkv ⋅⋅= (2)

Unde v- viteza instantanee de reacŃie

k- constanta de viteză

[A] – concentraŃia molară a reactantului A

[A] – concentraŃia molară a reactantului B

nA, nB –ordine parŃiale de reacŃie

n = nA+nB - ordinul de reacŃie

Obs : Ordinul de reacŃie în cazul reacŃiilor SIMPLE ordinul de reacŃie este egal cu molecularitatea reacŃiei ( molecularitate = suma coeficienŃilor stoechiometrici).

AtenŃie ! În cazul reacŃiilor cu mecanism complex (reacŃii înlănŃuite, reacŃii cu participarea solvenŃilor etc.) ordinul de reacŃie NU

coincide cu molecularitatea reacŃiei.


7

Constanta de viteză (sau viteza specifică) - este o mărime specifică fiecărei reacŃii şi nu depinde de concentraŃia reactanŃilor ci doar de temperatură şi de specificul reacŃiei (dat de factorul probabilistic. Simplificat constanta de viteză depinde de temperatură şi de probabilitatea ciocnirilor între molecule).

TR

Ea

eAk ⋅−

⋅= (3)

Unde A – factorul probabilistic (factorul lui Arrhenius)

e – număr iraŃional ( e= 2,782818…)

Ea- energia de activare ( energia necesară „declanşării” reacŃiei)

R – constanta universală a gazelor ( R= 8,314 J/mol·K sau R= 0,082 l·atm / mol· K sau R= 2 cal/ mol·K)

T- temperatura (K)

Unitatea de măsură a constantei de viteză depinde de ordinul de reacŃie (rezultă din calcul astfel încât unitatea de măsură a vitezei să fie concentraŃie pe unitatea de timp.

Exemple:

1. Pentru reacŃia

A → B

Dacă v= k· [A]

)(timpL

molv

⋅=

),min,( 1111etcanistimpk

−−−−=


8

Astfel încât sL

mol

L

molsieconcentratkv

⋅=⋅=⋅= −1

2. Presupunem reacŃia

2A → B

Dacă v=k·[A]2

timpL

molv

⋅=

Astfel

1122

−− ⋅⋅=⋅

=

⋅== timpmolL

timpmol

L

L

mol

timpL

mol

ieconcentrat

vk

ReacŃii de ordin 0 – sunt reacŃii a căror viteză care nu �epend de concentraŃia reactanŃilor. Viteza este constantă până la consumarea întregii cantităŃi de reactanŃi. (exemple: reacŃii fotochimice, reacŃii electrolitice, unele reacŃii catalitice)

v=k

ReacŃii de ordinul I – sunt reacŃii a căror viteză depinde liniar de concentraŃia unui singur reactant (de exemplu: descompuneri radioactive, izomerizări, cracarea hidrocarburilor, etc)

v=k·[A]


9

Fie reacŃia A → B

C0 – concentraŃia iniŃială a reactantului (la momentul 0)

C – concentraŃia finală a reactantului (la momentul t)

t- timpul

Fiind reacŃie de ordinul I se poate scrie viteza instantanee:

kCdt

dCv =−= sau kC

dt

dC=− (4)

Separând variabilele se obŃine:

kdtC

dC=− (5)

Integrând (5) se obŃine:

∫ ∫=−C

C

t

oo

kdtC

dC

ktC

C=0ln (6)

Formula (6) reprezintă formula cineticii de ordinul I.

Timpul de înjumătăŃire – reprezintă timpul în care cantitatea reactantului ajunge la 50% faŃă de cantitatea iniŃială. Timpul de înjumătăŃire este foarte important pentru determinarea stabilităŃii nuclizilor dar şi pentru metabolizarea unor substanŃe cu acŃiune terapeutică.


10

ReacŃii de ordinul II – reprezintă reacŃii a căror viteză de reacŃie depinde de concentraŃia a doi dintre reactanŃi sau de concentraŃia unuia dintre reactanŃi la pătrat (exemplu sinteza HCl din elemente, hidrogenarea etenei, sinteza HI din elemente etc.)

A + B → produsi

sau

v=k·[A][B] sau v=k·[A]2

Presupunând cazul cel mai simplu (în care avem o reacŃie de ordinul II cu un singur reactant) avem:

2A → produşi

C0 – concentraŃia iniŃială a reactantului (la momentul 0)

C – concentraŃia finală a reactantului (la momentul t)

t- timpul

2kC

dt

dCv =−= sau 2

kCdt

dC=− (7)

Separând variabilele se obŃine:

kdtC

dC=−

2 (8)

Integrând relaŃia (8) rezultă:

∫ ∫ ⋅=−C

C

t

dtkC

dC

0 02

tkCC

⋅=

−

0

11 (9)

RelaŃia (9) reprezintă formula cineticii de ordinul II.


11

ReacŃii de ordin superior (III sau mai mare) apare în cazul reacŃiilor a căror viteză depinde de concentraŃia mai multor reactanŃi (de exemplu: reacŃia NO + O2).

Viteza de reacŃie depinde de natura legăturilor care se desfac sau se formează, de temperatură, de suprafaŃa de contact dintre reactanŃi, de existenŃa catalizatorilor, etc.

Catalizator - substanŃă capabilă să crească viteza unei reacŃii. Catalizatorul participă în mecanismul reacŃiei (scăzând energia de activare) dar se regăseşte neschimbat după desfăşurarea reacŃiei. Catalizatorul NU SE CONSUMĂ. (de exemplu: enzimele)

Inhibitor – substanŃă capabilă să scadă viteza unei reacŃii (de exemplu: conservantul – încetineşte degradarea alimentelor)

Promotor – substanŃă capabilă să mărească activitatea catalizatorului

Otravă – substanŃă capabilă să scadă activitatea catalizatorului

Energia de activare a unei reacŃii reprezintă energia necesară pentru declanşarea reacŃiei.

Figura 1. Diagrama energetică a unei reacŃii


12

Lucrarea 1. Studiul cinetic al hidrolizei esterilor

Principiul lucrării

Hidroliza esterilor reprezintă transformarea esterilor în acizi şi alcooli (este practic inversul reacŃiei de esterificare). Hidroliza esterilor în apă este foarte lentă, astfel încât se folosesc drept catalizatori acizi sau baze diluate şi un exces de apă. Pentru reacŃia inversă se folosesc acizi sau baze tari concentrate şi se elimină apa din sistem.

ReacŃia de bază este:

R1-COOR2 + H2O ↔ R1-COOH + R1OH

Hidroliza esterilor în mediu bazic poartă denumirea de saponificare şi stă la baza fabricării săpunurilor (săpunuri = săruri ale acizilor graşi). Bazele reacŃionează cu acizii dând săruri şi astfel echilibrul este deplasat spre dreapta, în sensul hidrolizei (conform principiului lui LeChatelier).

Principiul lucrării constă în hidroliza bazică unui ester (acetatul de etil) şi determinarea cantităŃii de hidroxid consumată rezultată prin titrare acido-bazică.

Stoparea reacŃiei se face cu un acid tare (HCl 0,25M) şi răcind sistemul cu gheaŃă.


13

Materiale şi ustensile

1. CH3-COOC2H5

2. Cronometru

3. Biuretă

4. Pipete

5. Cilindru gradat

6. BalanŃă farmaceutică

7. Fiole de cântărire (sau sticle de ceas)

8. Baloane cotate (de 250 mL şi de 500 mL)

9. Pahare Erlenmeyer

10. HCl concentrat

11. NaOH solid

12. GheaŃă

13. Indicator (fenolftaleină)

14. Apă distilată


14

Mod de lucru

1. PreparaŃi 250 mL soluŃie 0,1 N de CH3-COOC2H5

2. PreparaŃi câte 250 mL soluŃii HCl 0,25 M şi 500 mL NaOH 0,25M.

3. MăsuraŃi câte 30 mL soluŃie HCl 0,25M în 8 pahare Erlenmeyer

4. IntroduceŃi cele 8 pahare cu HCl 0,25M în gheaŃă

5. IntroduceŃi 250 mL soluŃie NaOH în balonul cotat de 500 mL şi completaŃi până la semn cu soluŃie de CH3-COOC2H5 0,1 N . PorniŃi cronometrul.

6. PrelevaŃi câte o probă la fiecare 5 minute din balonul cotat cu proba de ester (câte 10 mL) şi introduceŃi în paharele cu HCl aflate în gheaŃă

7. TitraŃi excesul de HCl din fiecare probă cu NaOH 0,25 M în prezenŃă de fenolftaleină

8. CalculaŃi cantitatea de ester rămasă în fiecare probă

9. CompletaŃi tabelul I.

10. NotaŃi observaŃiile şi interpretaŃi rezultatele.


15

Tabelul I. ConcentraŃia esterului în funcŃie de timp

Timp (minute)

5 10 15 20 25 30 35 40

ConcentraŃia de ester (mol/L)

Interpretarea rezultatelor

Data:___________________


16

Lucrarea 2. Studiul cinetic al descompunerii apei

oxigenate


Apa oxigenată (peroxidul de hidrogen) se descompune exoterm în apă şi oxigen conform reacŃiei:

H2O2 → H2O + ½ O2

Viteza acestui proces este influenŃată de temperatură dar şi de prezenŃa unor catalizatori (de exemplu săruri ferice – ionul Fe3+).

Principiul lucrării constă în măsurarea la diferite intervale de timp a cantităŃii de oxigen generate şi constantei de viteză. Se va studia cinetica reacŃiei de descompunere la adăugarea unui catalizator (FeCl3) – reacŃia necatalizată fiind foarte lentă.

Măsurarea volumului de oxigen se va face cu ajutorul biuretei de gaz (Fi gura 1).

Figura 2. Biureta de gaz (1- vas cu H2O2, 2-furtun de cauciuc, 3- recipient pentru stabilirea nivelului, 4- volumul de oxigen – obŃinut prin dislocuirea lichidului)


17


1. Biuretă de gaz

2. Cronometru

3. Pipete

4. Vas Erlenmeyer

5. Termometru

6. Apă oxigenată soluŃie 30% (perhidrol)

7. FeCl3 soluŃie

8. Pipete

Mod de lucru

1. MăsuraŃi 20 mL perhidrol (H2O2 – 30%) şi introduceŃi volumul măsurat într-un vas Erlenmeyer

2. AdăugaŃi 2 picături de FeCl3

3. PorniŃi cronometrul

4. NotaŃi volumul de O2 produs la fiecare 5 minute timp de 30 de minute

AtenŃie: Lichidul din ambele tuburi ale biuretei trebuie să fie la acelaşi nivel!

5. CompletaŃi tabelul II

6. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, variaŃia logaritmului natural al volumului de oxigen în funcŃie de timp (pe abscisă timpul iar pe ordonată lnV)

7. DeterminaŃi constanta de viteză din grafic (panta dreptei reprezintă –K)



18

Tabelul II. VariaŃia volumului de oxigen produs în funcŃie de timp

Timp (minute)

5 10 15 20 25 30 60

Volum (mL)

lnV

Figura 3. VariaŃia lnV în funcŃie de timp


Data:_______________


19

Lucrarea 3. Polarimetria. AplicaŃii

Aspecte teoretice

Lumina ca radiaŃie electromagnetică este constituită din unde. Raza de lumină conŃine unde care vibrează în mai multe direcŃii, perpendicular pe direcŃia razei.

Anumite materiale au proprietatea de a absorbi toate undele cu excepŃia celei din direcŃia razei. Lumina care radiază într-o singură direcŃie poartă denumirea de lumină plan polarizată (Figura 3).

Figura 4. (a)- lumină obişnuită (traiectorie către observator , (b)- lumină plan polarizată (c) – lumină plan polarizată după trecerea printr-o probă optic activă.

Anumite substanŃe au proprietatea de a roti lumina plan polarizată cu un anumit unghi – specific fiecărei substanŃe. Astfel de substanŃe se numesc substanŃe optic active sau chirale.


20

O substanŃă optic activă trebuie să prezinte o asimetrie în moleculă pentru a fi capabilă să rotească lumina plan polarizată. De obicei moleculele optic active organice conŃin un atom de carbon „asimetri” (asta înseamnă că cel puŃin un atom de carbon are 4 substituenŃi diferiŃi).

Obs: Pot fi substanŃe optic active doar în cazul hibridizării sp3.

PrezenŃa unui atom de carbon asimetric determină posibilitatea formării a 2 izomeri – unul dextrogir (roteşte lumina polarizată spre dreapta) şi unul levogir (roteşte lumina polarizată spre stânga). Amestecul celor doi izomeri în cantităŃi egale se numeşte amestec racemic şi NU are proprietăŃi optic active (deoarece apare fenomenul de „compensaŃie” – cu cât roteşte un izomer lumina polarizată spre dreapta cu atât roteşte celălalt spre stânga iar rezultatul este rotirea cu 00 a luminii plan polarizate).

PrezenŃa unui atom de carbon asimetric duce la existenŃa a doi izomeri denumiŃi enantiomeri. Cei doi enantiomeri au proprietăŃi fizice şi chimice identice dar structura lor este sub formă de „imagine în oglindă”.

Figura 5. Cei doi enantiomeri ai acidului lactic: CH3-*CH(OH)-COOH (atomul de carbon marcat cu * are 4 substituenŃi diferiŃi: CH3, H, OH şi COOH)


21

Enantiomerii au importanŃă fiziologică. Enzimele şi compuşii ce intră în procese metabolice “recunosc” enantiomerii şi folosesc doar unul dintre izomeri. Efectele fiziologice ale enantiomerilor diferă uneori semnificativ ( de exemplu Talidomida – unul dintre enantiomeri este o substanŃă terapeutică foarte eficientă şi sigură pe când celălalt enantiomer provoacă malformaŃii grave la nou născut dacă este administrat în timpul sarcinii).

Enantiomerii se separă prin procedee specifice – enzimatic, pe coloană chirală, sau prin reacŃie cu alŃi compuşi optic activi prin formare de diastereoizomeri care au proprietăŃi fizico-chimice diferite.

Diastereoizomerii sunt compuşi care au cel puŃin 2 atomi asimetrici iar între cele două structuri NU există relaŃia de „imagine în oglindă” (de exemplu D-glucoza şi D-galactoza sunt diastereoizomeri).

Figura 5. D- Glucoza Figura 6. D-Galactoza

Activitatea optică a unei substanŃe reprezintă unghiul cu care roteşte lumina polarizată şi depinde de: rotaŃia specifică (depinde de substanŃă, lungimea de undă şi temperatură – standard se foloseşte linia D a sodiului), lungimea tubului cu probă precum şi de concentraŃie.

[ ]100

cxdT

λαα = (10)

Unde [ ]Tλα - rotaŃia specifică (la temperatura T, lungimea de undă λ)

c- concentraŃia substanŃei optic active

d- lungimea tubului cu probă


22

Polarimetrul este dispozitivul cu care se măsoară unghiul de rotaŃie al luminii plan polarizate produs de o substanŃă optic activă.

Aparatul este construit dintr-un tub lung cu capete de sticlă în care este introdusă proba dizolvată într-un solvent adecvat. La capetele tubului există câte o prismă Nicol sau alt dispozitiv de polarizare, un vizor şi un disc gradat. Discul se roteşte până când nu se mai vede lumina („întuneric total”).

Figura 6. Polarimetrul ( 1- sursă de lumină, 2 – polarizator fix, 3- tub cu probă (10cm), 4- lumină polarizată rotită, 5- disc de compensare gradat, 6- vizor)


23


În lucrarea de faŃă se va determina rotaŃia specifică a unor compuşi optic activi (mentol, glucoză, fructoză, zaharoză, acid D-tartric, acid L-tartric, acid mezo-tartric, amestec racemic acizi tartrici, alanină, glicocol)


1. Polarimetru

2. Baloane cotate



5. Glucoză

6. Fructoză

7. Acid L-tartric

8. Acid D-tartric

9. Acid mezo-tartric

10. alanină

11. glicocol

Obs.: Se pot folosi orice alŃi compuşi chirali.


24

Mod de lucru

1. PrepraraŃi câte 250 mL soluŃie 1 M din fiecare compus chiral.

2. Din probele preparate la punctul 1 prelevaŃi câte 50 mL şi diluaŃi 1:1, 1:2, 1:3, 1:4

3. MăsuraŃi unghiul de rotaŃie al luminii polarizate la polarimetru

AtenŃie: ÎnvârtiŃi discul gradat până la obŃinerea „întunericului total”

Figura 7 – citire corectă

4. CompletaŃi tabelul III.

5. NotaŃi observaŃiile şi interpretaŃi rezultatele

6. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, variaŃia rotaŃiei cu concentraŃia pentru fiecare compus chiral în parte, şi determinaŃi rotaŃia specifică a fiecărui compus la 250C la lungimea de undă 598 nm (linia D a sodiului)

Obs: Panta dreptei reprezintă [ ]

100

25xdDα

iar d=10 cm (lungimea

tubului cu probă)

7. ComparaŃi rezultatele obŃinute cu cele din literatură.


25

Tabelul III. RotaŃia luminii polarizate de către compuşii chirali

Compusul

ConcentraŃia

Unghiul de rotaŃie (α)

Compusul

ConcentraŃia


Compusul

ConcentraŃia


Compusul

ConcentraŃia


Compusul

ConcentraŃia



26

Tabelul IV. RotaŃia specifică a compuşilor optic activi

Compusul

[ ]25Dα

Figura 8. VariaŃia rotaŃiei cu concentraŃia


Data:_____________________


27

Lucrarea 4. Determinarea constantei de viteză a reacŃiei de hidroliză a zaharozei în mediu acid


Zaharoza este o dizaharidă formată dintr-o moleculă de glucoză şi o moleculă de fructoză. În apă hidrolizează, în special catalizată de acizi sau de hidrolaze (de exemplu invertaza) formând cantităŃi egale de glucoză şi fructoză, după reacŃia de mai jos:

Zaharoza este dextrogiră (roteşte lumina polarizată spre dreapta) iar fructoza liberă este puternic levogiră ceea ce face ca rezultanta să fie levogiră (după hidroliză lumina polarizată va fi rotită spre stânga). Acest proces poartă denumirea de „invertirea” zahărului. Zahărul „invertit” este mult mai dulce decât zaharoza şi se foloseşte în industria alimentară.( Obs. Fructoza este cea mai dulce zaharidă).

Principiul metodei se bazează pe măsurarea unghiului de rotaŃie a luminii polarizate cu ajutorul polarimetrului şi implicit determinarea cantităŃii de zaharoză hidrolizată, constanta de viteză şi timpul de înjumătăŃire.

În tabelul de mai jos sunt prezentate rotaŃiile specifice ale unor zaharide:


28

Tabelul V. RotaŃia specifică a unor zaharide

Nr. Crt. Denumire [ ] C

D

o25α

1. α-D-glucoză +1120

2. D-glucoză (α şi β) +52,70

3. β-D-fructoză -930

4. Zaharoză +66,50

5. Zahăr „invertit” -20,20

[ ]100

cxdT

λαα =

ConcentraŃia de zaharoză rămasă se poate calcula astfel:

C=Bx(αt-αfinal)

Unde C – concentraŃia de zaharoză

B- constantă de proporŃionalitate

αt –rotaŃia iniŃială (la un timp oarecare t)

αfinal – rotaŃia după un anumit timp.

Cinetica hidrolizei zaharozei în mediu acid este de ordinul I.

Obs: ktC

C=0ln - ecuaŃia de viteză de ordinul I


29


1. Polarimetru

2. Cronometru

3. Baloane cotate



6. Pipete


8. Zaharoză

9. HCl conc (soluŃie 36%)

Mod de lucru

1. PreparaŃi 250 mL soluŃia 1 M de zaharoză

2. AdăugaŃi 10 mL HCl conc.


4. CitiŃi unghiul de rotaŃie al luminii polarizate la polarimetru la 2 minute, 5 minute, 10 minute, 20 minute, 30 minute, 1 oră.

5. CompletaŃi tabelul VI

6. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, ln(α0-αt) în funcŃie de timp (pe abscisă timpul iar pe ordonată ln(α0-αt).

7. DeterminaŃi constanta de viteză din grafic (panta= -k)

8. DeterminaŃi timpul de înjumătăŃire ( t1/2=0,693/k)

9. NotaŃi observaŃiile

10. InterpretaŃi rezultatele


30

Tabelul VI. VariaŃia concentraŃiei de zaharoză în raport cu timpul

Timpul

(min)

2 5 10 20 30 60

αt

αt-αfinal

ln(αt-

αfinal)

Figura 9. VariaŃia activităŃii optice în raport cu timpul


Data:__________________


31

Lucrarea 5. Determinarea energiei de activare – ReacŃia Landolt


ReacŃia Landolt este un exemplu clasic de demonstrare a cineticii unei reacŃii. Două soluŃii incolore sunt amestecate; la început nu se observă nimic dar cu trecerea timpului apare o coloraŃie brună-albastră.

ReacŃiile care stau la baza lucrării sunt:

2NaI + Na2S2O8- → I2 + 2 Na2SO4 - Faza 1 (apare coloraŃia)

I2 + 2 Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6 - Faza 2 (dispare coloraŃia).

În momentul în care se consumă tiosulfatul, iodul formează cu amidonul o coloraŃie albastră.

Se poate determina cinetica reacŃiei de formare a iodului şi implicit constanta de viteză. ReacŃia se studiază la diferite temperaturi şi se poate calcula energia de activare, având în vedere următoarele:

TR

Ea

eAk ⋅−

⋅= (11)

Dacă determinăm experimental constantele de viteză la două temperaturi diferite T1 şi T2 obŃinem

2

1

2

1

TR

Ea

TR

Ea

T

T

eA

eA

k

k

⋅−

⋅−

⋅

⋅= (12)

−=

1

1

2

1ln

2

1

TTEa

k

k

T

T (13)

−

=

1

1

2

1

ln2

1

TT

k

k

Ea T

T

(14).


32


1. Biurete (preferabil semiautomate)

2. Baloane cotate



5. NaI sau KI solid

6. Na2S2O8

7. Na2S2O3


9. Cronometru

10. Termostat

11. Apă distilată

12. Amidon

Mod de lucru

1. PreparaŃi 250 mL soluŃie 0,2 M de NaI (sau KI), 250 mL soluŃie 0,1M de Na2S2O8 şi 250 mL soluŃie 0,05 M de Na2S2O3

2. PreparaŃi o soluŃie de amidon 0,2% la cald.

3. MăsuraŃi câte 50 mL de Na2S2O8 (0,1M) şi turnaŃi în 4 vase Erlenmeyer

4. AdăugaŃi câte 4-5 picături soluŃie amidon 0,2%.

5. IntroduceŃi primul pahar în termostat la 300C


33

6. AdăugaŃi câte 50 mL soluŃie de NaI (sau KI) şi porniŃi cronometrul

7. MăsuraŃi timpul la care apare o coloraŃie albastră brună.

8. RepetaŃi experienŃa cu celelalte 3 pahare la temperatura de 350C, 400C şi 500C

9. CompletaŃi tabelul VII.

10. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, dependenŃa lnv în raport cu 1/T (pe abscisă 1/T iar pe ordonată lnv0).

11. DeterminaŃi energia de activare din grafic (panta=-Ea/R , unde R- constanta universală a gazelor)


Tabelul VII. VariaŃia vitezei de reacŃie cu temperatura

Temperatura 300C 350C 400C 500C

Timpul de reacŃie

Viteza de reacŃie (v)

Lnv


Data:__________________


34

Cinetica enzimatică

Aspecte teoretice

Enzimele sunt considerate cele mai eficiente sisteme catalitice. De exemplu sinteza unei proteine în organismul animal durează câteva minute pe când o sinteză clasică din aminoacizi în laborator ar dura probabil zeci de ani.

Principiul de bază al cineticii enzimatice este formarea cu reactantul denumit substrat, a unei combinaŃii intermediare ce duce la reducerea energiei de activare şi implicit la creşterea vitezei de reacŃie.

Enzimele sunt caracterizate printr-o mare specificitate crescând considerabil viteza de transformare a unui compus specifica dar cu activitate foarte scăzută sau chiar inexistentă în cazul altor compuşi – uneori chiar foarte asemănători.

AcŃiunea enzimelor este limitată la un anumit interval de temperatură, pH, tărie ionică etc. În cazul modificării acestor condiŃii enzimele devin inactive – uneori ireversibil – datorită denaturării.

EcuaŃia Michaelis-Menten

Cinetica enzimatică este descrisă cel mai bine de ecuaŃia Michaelis-Menten. Graficul reprezintă o hiperbolă.

Presupunem următoarea reacŃie:

E- enzima

S- substratul

ES- intermediar enzimă substrat

P- produşi de reacŃie.


35

[ ] [ ] [ ] [ ] )32(1 kkESSEkdt

ESd−⋅−⋅⋅= (15)

[ ]ESkdt

dPv ⋅== 3 (16)

În afară de o fază iniŃială foarte scurtă, concentraŃia intermediarului

enzimă-substrat rămâne constantă, adică [ ]

0=dt

ESd.

Ştiind că [E]=[E0]-[ES] (E0 – concentraŃia iniŃială a enzimei) rezultă:

[ ] [ ] [ ]

[ ]

[ ] [ ][ ]SK

SE

Sk

kk

SEES

M +

⋅=

+

+

⋅= 00

1

32 (17)

Unde 1

32

k

kkK M

+= - constanta Michaelis-Menten

Din (17) şi (16) rezultă:

[ ] [ ][ ]SK

SEkv

M +

⋅⋅= 03 (18)


36

În cazul în care concentraŃia substratului este foarte mare ( [S]→∞) relaŃia poate fi simplificată, viteza fiind maximă vmax:

vmax = k3·[E0] (19)

Viteza cu care are loc reacŃia catalizată de enzimă va fi:

[ ][ ]SK

Svv

M +⋅= max (20).

EcuaŃia (20) reprezintă ecuaŃia Michaelis- Menten.

Figura 10. Reprezentarea grafică a cineticii enzimatice ( ecuaŃia Michaelis-Menten)


37

Lucrarea 6. Determinarea vitezei de reacŃie a descompunerii zaharozei în prezenŃa invertazei


Zaharoza este o dizaharidă formată dintr-o moleculă de glucoză şi o moleculă de fructoză. Hidroliza catalizată de acizi este lentă. În această lucrarea vom studia viteza de reacŃie a hidrolizei zaharozei în prezenŃa invertazei

Principiul metodei se bazează pe măsurarea unghiului de rotaŃie a luminii polarizate cu ajutorul polarimetrului şi implicit determinarea cantităŃii de zaharoză hidrolizată, constanta de viteză şi timpul de înjumătăŃire. Rezultatele se vor compara cu cele obŃinute la Lucrarea 4 – aceiaşi reacŃie catalizată de HCl.

Invertaza este o enzimă ce catalizează hidroliza zaharozei la glucoză şi fructoză. (se numeşte invertază deoarece produce „invertirea” zahărului). Aceasta se găseşte în drojdii, în unele plante (usturoi, pere, frunze de viŃă de vie), insecte (albine), animale precum şi în organismul uman. Această enzimă este utilizată în industria alimentară sub formă de aditiv E1103.


38

[ ]100

cxdT

λαα =

ConcentraŃia de zaharoză rămasă se poate calcula astfel:

C=Bx(αt-αfinal)

Unde C – concentraŃia de zaharoză

B- constantă de proporŃionalitate

αt –rotaŃia iniŃială (la un timp oarecare t)

αfinal – rotaŃia după un anumit timp.

Cinetica hidrolizei zaharozei în mediu acid este de ordinul I.

Obs: ktC

C=0ln - ecuaŃia de viteză de ordinul I


1. Polarimetru

2. Cronometru

3. Baloane cotate



6. Pipete


8. Zaharoză

9. Invertază (E1103 sau din drojdie)


39

Mod de lucru

1. PreparaŃi 250 mL soluŃia 1 M de zaharoză

2. AdăugaŃi invertaza.


4. CitiŃi unghiul de rotaŃie al luminii polarizate la polarimetru din 2 în două minute timp de 20 de minute

5. CompletaŃi tabelul VIII

6. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, ln(α0-αt) în funcŃie de timp (pe abscisă timpul iar pe ordonată ln(α0-αt).

7. DeterminaŃi constanta de viteză din grafic (panta= -k)

8. DeterminaŃi timpul de înjumătăŃire ( t1/2=0,693/k)

9. NotaŃi observaŃiile

10. ComparaŃi cu rezultatele obŃinute la lucrarea 4.


Tabelul VIII. VariaŃia concentraŃiei de zaharoză în raport cu timpul

Timpul

(min)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30

αt

αt-αfinal

ln(αt-

αfinal)


40

Figura 11. VariaŃia activităŃii optice în raport cu timpul


Data:______________


41

Probleme cinetică chimică şi polarimetrie

Polarimetrie

1. Care dintre următoarele substanŃe sunt optic active: acidul mezo-tartric, mentolul, β-alanina, α – alanina, glucoza, amidonul, invertaza, borneolul, izoborneolul, acid lactic, acid piruvic. JustificaŃi

2. PropuneŃi o metodă de dozare a acidului lactic.

3. Ce reprezintă rotaŃia specifică?

4. Ştiind că rotaŃia specifică a α-D-glucozei este +1120, determinaŃi unghiul de rotaŃie al luminii polarizate produs de o soluŃie 1M de glucoză, ştiind că tubul polarimetrului are lungimea de 10 cm. Ce se va întâmpla dacă proba se va dizolva în acid acetic diluat?

5. Care dintre substanŃele de mai jos sunt optic active: anestezină, paracetamol, acid acetil-salicilic, acid salicilic, acid cafeic, acid galic, pirogalol, fenil-alanină, glicocol.

6. Care va fi concentraŃia molară a unei soluŃii de glucoză ce

produce rotaŃia luminii polarizate cu 150, ştiind că 025 7,52=C

D

oα

iar lungimea tubului cu probă este 10 cm.

7. PropuneŃi o metodă de studiu cinetic pentru hidroliza acidă a inulinei.

8. PropuneŃi o metodă de studiu privind cinetica hidrogenării acidului piruvic.

9. PropuneŃi o metodă pentru dozarea mentolului.

10. PropuneŃi o metodă pentru studierea capacităŃii enzimatice a amilazei (enzimă prezentă în salivă şi sucul pancreatic ce transformă amidonul în glucoză)


42

Cinetică chimică

1. Ştiind că la dublarea concentraŃiei reactantului viteza creşte de 8 ori, care va fi ordinul de reacŃie?

2. Viteza unei reacŃii de ordinul 1 la o concentraŃie a reactanului de 0,5 M este 10-2 mol/L·sec, CalculaŃi constanta de viteză

3. Săpăturile arheologice scot la iveală un obiect din lemn. În vederea stabilirii vechimii se face testul cu 14 C şi se determină un raport 14 C: 12 C de 5:106. Ştiind că reacŃia de descompunere a 14 C este 4760 ani, cinetica de descompunere este de ordinul 1 iar raportul 14 C: 12 C în natură este constant şi are valoarea 10: 106, stabiliŃi perioada în care a fost confecŃionat vasul.

4. Creşterea temperaturii cu 100 produce dublarea vitezei de reeacŃie (la aceiaşi concentraŃie a reactanŃilor). DeterminaŃi energia de activare.

5. În ce condiŃii viteza de reacŃie poate fi mărită?

6. CalculaŃi timpul de înjumătăŃire al unei reacŃii de ordinul 1 a cărei constantă de viteză este 693 sec-1.

7. Cu cât scade energia de activare în cazul adăugării unui catalizator, dacă viteza de reacŃie creşte de zece ori?

8. CalculaŃi constanta de viteză în cazul unei reacŃii de ordinul 1 dacă timpul de înjumătăŃire este 15 minute.

9. În cazul unui tratament cu sulfamide se constată că după 24 ore 95% din cantitatea totală a fost metabolizată. Ştiind că metabolizarea sulfamidelor are o cinetică de ordinul I, calculaŃi timpul de înjumătăŃire a acestor compuşi.

10. Fie următoarea reacŃie:

A → Produşi


43

Ştiind că cinetica de reacŃie este de ordinul doi iar constanta de viteză este 5·10-3 mol/L·sec. CalculaŃi timpul de înjumătăŃire.

11. Se dă reacŃia:

2N2O5 → 4 NO2 + O2

ScrieŃi viteza instantanee în funcŃie de produşii de reacŃie, ştiind că ordinul de reacŃie coincide cu molecularitatea ei.

12. Care va fi unitatea de măsură a constantelor de viteză în cazul următoarelor ecuaŃii de viteză:

v= k·[A]1/2[B]3/2 v= k·[A]3/4[B]

v= k v= k·[A]·[B]

13. Se dă reacŃia:

2N2O5 → 4 NO2 + O2

VariaŃia constantei de viteză în funcŃie de temperatură este dată în tabelul de mai jos:

Temperatura (K)

349 368 378

k 0,006 0,04 0,15

CalculaŃi energia de activare.

14. Dacă în cazul adăugării unui catalizator viteza de reacŃie creşte de 100 de ori, cu cât va scădea energia de activare în cazul reacŃiei catalizate?

15. ExplicaŃi de ce în cazul unei reacŃii catalizate enzimatic, creşterea temperaturii de la 400C la 1000C a dus la scăderea vitezei de reacŃie de 10.000 de ori ?


44

ELECTROCHIMIA

Electrochimia reprezintă ramura chimiei care studiază intercaŃiile şi interconversia fenomenelor chimice şi electrice ( electroliŃii, ionii, procesele ce decurg la separarea fazelor cu participarea particulelor încărcate, conductivitatea electrică a materialelor, reacŃii redox, electroliza, elementele galvanice etc.)

Principiul electroneutralităŃii : materia nu poate exista într-un dezechilibru de sarcină; asta înseamnă că nu vom putea obŃine o substanŃă formată doar din cationi fără a avea anioni pentru a neutraliza sarcina electrică.

Conductorii sunt materiale care au proprietatea de a conduce curentul electric (conductorii de ordinul I – metalele iar conductorii de ordinul II – electroliŃii )

Izolatorii sunt materialele care NU conduc curentul electric.

Electrodul este un conductor la suprafaŃa căruia are loc transferul de electroni către sau de la un electrolit.

InterfaŃa reprezintă suprafaŃa de contact dintre electrod şi electrolit la pe care au loc fenomene electrochimice.

Anodul reprezintă electrodul la care au loc procesele de oxidare (la element galvanic electrodul negativ iar la electroliză electrodul pozitiv)

Catodul reprezintă electrodul la care au loc procesele de reducere (în cazul elementelor galvanice electrodul pozitiv iar la celulele de electroliză electrodul negativ)

Celula electrochimică – este un ansamblu format din minim doi electrozi şi un electrolit (poate fi element galvanic sau celulă de electroliză)

Element galvanic - dispozitiv care transformă energia chimică în energie electrică


45

Celula de electroliză – dispozitiv format din minim doi electrozi care produce o reacŃie chimică cu aport de energie electrică din exterior (practic inversul procesului care are loc în cazul elementului galvanic).

Oxidare – proces în care un element sau o specie chimică cedează electroni (trece în stare de oxidare superioară)

Reducere – proces în care un element sau o specie chimică acceptă electroni (trece în stare de oxidare inferioară)

Agent oxidant - Specie chimică ce se reduce şi produce oxidarea altei specii chimice

Agent reducător – specie chimică ce se oxidează producând reducerea altei specii chimice.

ReacŃie redox – reacŃia în este implicat transferul de electroni (şi implicit procese de reducere şi oxidare).

Electrodul standard de hidrogen este electrodul format din:

2H+ + 2e-↔ H2.

ConvenŃional potenŃialul electrodului de hidrogen este 0.

PotenŃialul standard reprezintă diferenŃa de potenŃia faŃă de electrodul de hidrogen al unei soluŃii de electrolit de concentraŃie 1M, la 298K şi 1 atm.

DiferenŃa de potenŃial se poate calcula:

E = Eanod – Ecatod.


46

EcuaŃia lui Nernst:

red

ox

a

a

Fz

TREE ln0

⋅

⋅+= (21)

Unde E- potenŃialul electrochimic

E0 – potenŃialul standard

z- numărul de electroni transferaŃi

F – numărul lui Faraday ( 96500 C)

R- constanta universală a gazelor

T – temperatura (K)

aox - activitatea speciei oxidante

ared – activitatea speciei reducătoare

EcuaŃia (21) pentru temperatura 298K devine:

red

ox

a

aEE lg059,00 += (22)

Legea lui Faraday - cantitatea de substanŃă transformată prin electroliză este direct proporŃională cu intensitatea curentului şi cu timpul.

tIFz

Am ⋅⋅

⋅= (23)

Unde m-masa de substanŃă transformată,

A- numărul de masă z – numărul de electroni cedaŃi/acceptaŃi de specia chimică F- numărul lui Faraday (96500 C) I – intensitatea curentului electric (A) t- timpul

Obs: Niciodată în cazurile reale randamentul nu e 100%.


47

ConductanŃa electrică măsoară cât de uşor trece curentul electric printr-un conductor. (este reciproca rezistenŃei electrice)

U

I

RG ==

1 (24)

)()(

)(1 siemensSvoltV

amperAohmG === −

Conductivitatea electrică reprezintă abilitatea unui material de a conduce curentul electric

E

J=σ (25)

Unde J – densitatea de curent

E – intensitatea câmpului electric

Conductivitatea molară (Λ) reprezintă conductivitatea electrică a unei soluŃii raportată la concentraŃia molară a speciilor ionice din soluŃie.


48

Lucrarea 7. Elementul galvanic (Pila Daniel)


În lucrarea de faŃă vom construi un element galvanic care va transforma energia chimică în energie electrică. Elementele galvanice sunt foarte des utilizate în viaŃa de zi cu zi pentru producerea de energie electrică.


1. Ampermetru şi voltmetru

2. Fire

3. Electrozi (unul de cupru şi unul de zinc)

4. Pahare Berzelius

5. Punte de sare

6. CuSO4·5H2O solid

7. ZnSO4 solid

8. Apă distilată

9. Baloane cotate



12. NaCl sau KCl solid


49

Mod de lucru

1. PreparaŃi câte 250 mL soluŃie 1M de CuSO4 respectiv ZnSO4. (AtenŃie ! LuaŃi în calcul şi apa de cristalizare) şi turnaŃi în 2 pahare Berzelius

2. PreparaŃi o soluŃie saturată de NaCl. (sau KCl)

3. IntroduceŃi electrodul de Zn în soluŃia de ZnSO4 iar electrodul de Cu în soluŃia de piatră vânătă.

4. UmpleŃi puntea de sare cu soluŃia saturată de KCl (sau NaCl) (vezi Figura 12)

5. LegaŃi electrozii la cele două borne ale ampermetrului (voltmetrului)

6. MontaŃi puntea de sare


Figura 12. Pila Daniel


Data:__________


50

Lucrarea 8. Determinarea energie Gibbs prin măsurarea forŃei electromotoare a unui element

galvanic la diferite temperaturi


Pentru un element galvanic este valabilă relaŃia:

∆G= - z·F·E (26)

Unde ΔG – variaŃia energiei libere (Gibs)

z – numărul de electroni transferaŃi

F - numărul lui Faraday ( 96500 C)

E – forŃa electromotoare.

ForŃa electromotoare depinde de temperatură astfel:

E= a + b· T + c· T2

Măsurând forŃa electromotoare la diferite temperaturi se poate determina

coeficienŃii a, b şi c şi implicit ΔG pentru pila Daniel (vezi lucrarea 7).

E1 = a + b·T1 + c·T12 (27) E2 = a + b·T2 + c·T22 (28)

E3 = a + b·T3 + c·T32 (29)


51


Pila Daniel (vezi lucrarea 7):

1. Fire

2. Electrozi (unul de cupru şi unul de zinc)

3. Pahare Berzelius

4. Punte de sare

5. CuSO4·5H2O solid

6. ZnSO4 solid

7. Apă distilată

8. Baloane cotate



11. NaCl sau KCl solid

12. Termostat

13. Voltmetru digital


52

Mod de lucru

8. PreparaŃi câte 250 mL soluŃie 1M de CuSO4 respectiv ZnSO4. (AtenŃie ! LuaŃi în calcul şi apa de cristalizare) şi turnaŃi în 2 pahare Berzelius

9. PreparaŃi o soluŃie saturată de NaCl. (sau KCl)

10. IntroduceŃi electrodul de Zn în soluŃia de ZnSO4 iar electrodul de Cu în soluŃia de piatră vânătă.

11. UmpleŃi puntea de sare cu soluŃia saturată de KCl (sau NaCl) (vezi Figura 12)

12. LegaŃi electrozii la cele două borne ale voltmetrului digital

13. IntroduceŃi elementul galvanic astfel pregătit în termostat la 300C

14. MontaŃi puntea de sare

15. MăsuraŃi forŃa electromotoare

16. RepetaŃi măsurătorile la 400C şi la 500C

17. DeterminaŃi coeficienŃii a, b, c (T1=30+273=303K, T2=40+273=313K, T3=50+273=323K) din ecuaŃiile:

E1 = a + b·T1 + c·T12

E2 = a + b·T2 + c·T22

E3 = a + b·T3 + c·T32

18. DeterminaŃi ∆G (∆G= - z·F·E)


20. CalculaŃi ∆H şi ∆S ştiind că:

∂

∆∂−=∆

T

GH şi

∂

∂⋅⋅⋅+⋅⋅−=∆

T

ETFzEFzS


53

Figura 13. Pila Daniel

∆G


Data:__________________


54

Lucrarea 9. Determinarea conductometrică a constantei de aciditate a unui acid slab


Conductivitatea electrică a unei soluŃii depinde de concentraŃia ionilor aflaŃi în soluŃie:

C

Km

⋅=Λ

1000 (30)

În cazul acizilor slabi aceştia nu ionizează complet, cantitatea de ioni prezenŃi în soluŃie depinde de constanta de aciditate astfel:

α

α

−=

1

2C

Ka (31)

Unde: Ka – constanta de aciditate

α – gradul de disociere

C – concentraŃia acidului slab

Gradul de disociere se poate determina astfel:

0m

m

Λ

Λ=α (32)

Unde Λm – conductivitatea soluŃiei

Λm0 – conductivitatea soluŃiei la diluŃie infinită (concentraŃie 0)

Constanta de aciditate va fi:

( )mmm

mcKa

Λ−ΛΛ

Λ⋅=

00

2

(33) şi

020

1

)(

11

m

m

mm

CKa Λ

+⋅Λ⋅Λ⋅

=Λ

(34)


55

Valoarea 1/Ka·(Λm0)2 se poate determina din grafic (panta dreptei) si

implicit valoarea Ka, reprezentând variaŃia 1/Λm în funcŃie de Λm·c, măsurând conductivitatea la diferite concentraŃii.

Conductivitatea electrică variază cu lungimea şi aria unui conductor. Într-un dispozitiv de măsurare a conductivităŃii, raportul dintre lungime şi secŃiune este o constantă:

)_(

)_(

conductorArieA

conductorlungimeLK = (35)

Conductivitatea va fi:

R

K=σ (36)

Unde R- rezistenŃa electrică a conductorului.

Constanta K se poate determina măsurând distanŃa dintre cei doi electrozi (L) şi aria electrozilor (A).

Conductivitatea molară (Λ) va fi:

C

σ=Λ (37)


1. Conductometru

2. Electrozi 3. Baloane cotate


5. Fiole de cântărire (sau sticle de ceas) 6. Pipete

7. Pahare Berzelius

8. Apă distilată

9. CH3COOH glacial (sau orice alt acid slab)


56

Mod de lucru

1. CalculaŃi constanta celulei K

2. PreparaŃi câte 100 mL soluŃii 0,01M, 0,02M, 0,05M, 0,1M, 0,25M, 0,5M şi 1M de acid acetic (sau orice alt acid slab)

3. MăsuraŃi conductivitatea la fiecare concentraŃie

4. CompletaŃi tabelul IX.

5. ReprezentaŃi grafic variaŃia 1/Λm în funcŃie de Λm·c (pe abscisă Λm·c iar pe ordonată 1/Λm). DeterminaŃi 1/Ka·(Λm

0)2 (panta dreptei)

6. CalculaŃi Ka a acidului slab.

7. ComparaŃi rezultatul obŃinut cu datele din literatură, notaŃi observaŃiile şi interpretaŃi rezultatele.

Tabelul IX. VariaŃia conductivităŃii cu concentraŃia

C (mol/L) σ (S/cm) Λm

(S·cm2/mol)

1/ Λm

(mol/

S·cm2)

C· Λm

0,01

0,02

0,05

0,1

0,25

0,5

1


57

Figura 14. VariaŃia conductivităŃii cu concentraŃia

Ka


Data:_______________


58

Lucrarea 10. Legile electrolizei. Coulometrul de gaz (Voltmetrul Hoffmann)


Coulometrul este o celulă de electroliză de construcŃie adecvată, cu electrozi şi electrolit selectaŃi astfel încât randamentul de curent să fie cât mai aproape de 100%. Coulometrul poate servi şi la determinarea exactă a cantităŃii de electricitate trecută printr-un circuit. Astfel există coulometru de argint, coulometru de cupru, coulometru de gaz.

Coulometrul de gaz (denumit şi voltmetru Hoffmann) este un caz particular de coulometru ce foloseşte pentru determinări electrochimice electroliza apei şi măsurarea volumului de hidrogen şi oxigen (sau numai de hidrogen) produs.

Figura 15. Coulometrul de gaz


59

Legea lui Faraday : Cantitatea de substanŃă transformată depinde de intensitatea curentului din circuit şi de timp astfel:

tIFz

Am ⋅⋅

⋅= (38)

Aplicând pentru numărul de moli relaŃia (38) devine:

Fz

tIn

⋅

⋅= (39)

Unde n – numărul de moli.

Numărul lui Faraday se poate calcula:

zn

tIF

⋅

⋅= (40)

Numărul de moli în funcŃie de volumul de gaz acesta se poate fi calculat din legea gazelor ideale (relaŃia Mendeleev Clapeyron):

TRnVp ⋅⋅=⋅ (41) Legea gazelor ideale

TR

Vpn

⋅

⋅= (42)

Iar volumul va fi:

Unde n – numărul de moli de gaz

p- presiunea

V – volumu

R – constanta universală a gazelor ( R= 0,082 Kmol

atml

⋅

⋅,

R= 8,314 Kmol

J

⋅, R= 2

Kmol

cal

⋅ )



60

Legea lui Faraday în funcŃie de volumul de gazn va fi:

Fz

tI

TR

Vp

⋅

⋅=

⋅

⋅ (43)

Cunoscânt valoarea intensităŃii curentului (I) şi măsurând volumul de hidrogen în funcŃie de timp (la temperatură cunoscută) – se va determina experimental valoarea luiF (numărul lui Faraday)


1. Coulometru de gaz (cu electrozi de grafit sau Pt) 2. Sursă de curent continuu 3. Ampermetru 4. Termometru 5. H2SO4 (0,5M)

Mod de lucru

1. UmpleŃi celula de electroliză cu electrolit acid (H2SO4 0,5M) 2. După deaerarea celulei, reglaŃi nivelul lichidului în cele două

braŃe la un reper (considerat 0 ) 3. ÎnchideŃi robinetele

4. PorniŃi sursa de curent continuu (intensitatea curentului 20 mA) 5. CitiŃi volumul de hidrogen format (la presiunea atmosferică –

citirea se face folosind para) la 10 minute, 15 minute şi 20 minute

6. RepetaŃi experimentul măsurând volumul de hidrogen la la intensitatea de 30 mA

7. CompletaŃi tabelul X. 8. DeterminaŃi valoarea numărului lui Faraday

9. ComparaŃi valoarea obŃinută cu valoarea din literatură ( 96500C) 10. NotaŃi observaŃiile şi interpretaŃi rezultatele.


61

Tabelul X. VariaŃia volumului de hidrogen cu intensitatea

curentului şi timpul

Timpul (minute) 10 15 20

Intensitatea

curentului (mA)

20 20 20

Volumul (mL)

n (număr de

moli)

F (numărul lui

Faraday)

Intensitatea

curentului (mA)

30 30 30

Volumul (mL)

n (număr de

moli)

F (numărul lui

Faraday)


Data:_____________


62

Probleme electrochimie

1. CalculaŃi potenŃialul redox al unei soluŃii cu Fe2+ 0,2M şi Fe3+ 0,5M ştiind că potenŃialul standard de reducere este: E0= + 0,77 V.

2. CalculaŃi forŃa electromotoare a unei pile formate dintr-un electrod de calomel (E= + 0,242 V) şi un electrod de platină într-o soluŃie formată din 100 mL FeSO4 0,2 M şi 100 mL Ce(SO4)2 0,2 M.

Pt І FeSO4 + Ce(SO4)2 ІІ calomel saturat

3. Conductibilitatea molară a HCOOH 0,1M este Λm= 17 S·cm2/mol iar la diluŃie infinită Λ0

m=404,1 cm2/mol. CalculaŃi constanta de aciditate

a acidului formic ( IndicaŃie: ( )mmm

mcKa

Λ−ΛΛ

Λ⋅=

00

2

)

4. Conductibilitatea molară a unui acid organic la concentraŃia de 0,5 moli/L este Λm= 20 S·cm2/mol iar la la diluŃie infinită Λ0

m=200 S·cm2/mol. CalculaŃi gradul de disociere al acidului slab. (IndicaŃie:

0m

m

Λ

Λ=α )

5. CalculaŃi cantitatea de oxigen şi hidrogen formată prin electroliza apei într-o oră aplicând un curent de 0,2 A şi un randament de 95%.

6. Pentru protecŃia în vederea coroziunii, o bară de metal este introdusă într-o baie galvanică construită din anod de nichel şi soluŃie de Ni(SO3NH2)2 ( sulfamat de nichel) de concentraŃie 1M prin care trece un curent de 1A. CalculaŃi grosimea stratului de Ni depus în 24 de ore, considerând un randament de 100%.

7. DescrieŃi procesul şi prezentaŃi reacŃiile ce au loc în cazul acumulatorului cu plumb.

8. Ştiind că printr-o baie galvanică trece un curent de 10 mA iar pentru acoperirea unui obiect sunt necesari 1 g de Ni metalic, calculaŃi timpul în care se realizează acoperirea (presupunând un randament de 100%).


63

9. Ştiind potenŃialele standard de reducere pentru Cu, K şi Zn sunt:

VECuCu

34,00

/2 +=+ , VEKK

92,20

/−=+ , VE

ZnZn76,00

/2 −=+ stabiliŃi care

dintre acestea va reacŃiona cu HCl cu formare de hidrogen

( VEHH

00,00

2/2=+ )

10. Ce reprezintă seria de activitate chimică a metalelor?

11. CalculaŃi tensiunea maximă a unei pile pile Daniel

( VECuCu

34,00

/2 +=+ , VEZnZn

76,00

/2 −=+ ) în condiŃii standard.

12. ScrieŃi ecuaŃia lui Nernst pentru pila Daniel.

13. CalculaŃi potenŃialul unei celule Daniel la o concentraŃie a soluŃiei de ZnSO4 de 10-4M şi a soluŃiei de CuSO4 de 0,1M.

14. Se construieşte o pilă electrică folosind electrozi de Cu şi de Zn. Care va fi anodul? ExplicaŃi.

15. Se poate construi o celulă de electroliză din electrozi de grafit şi apă distilată? JustificaŃi răspunsul.


64

CHIMIA COLOIDALĂ ŞI A INTERFEłELOR

Chimia coloidală şi a interfeŃelor reprezintă ramura chimie fizice care studiază sistemele constituite din particule cu dimensiuni cuprinse între 1-500 nm precum şi sistemele disperse.

Sistemele disperse sunt formate din particule (faza dispersă) distribuite într-un mediu (mediul de dispersie sau faza continuă) dar fără a forma amestecuri omogene.

Sistemele disperse sunt:

A – coloidale ( cu particule cu dimensiuni de 1-500 nm): de exemplu Ag coloidal

B – eterogene (particule cu dimensiuni mai mari de 500 nm) – de ex. emulsii, suspensii, geluri

În funcŃie de starea de agregare a componentelor sistemelor disperse pot fi:

- Lichid dispersat în gaz ( de ex: aerosoli)

- Solid dispersat în gaz (de ex: aerosoli solizi, praf, funingine etc.)

- Lichid dispersat în lichid (de ex: emulsii)

- Solid dispersat în lichid (de ex. AgCl în apă

- Lichid dispersat în solid ( de ex. lichide în parafină)

- Solid dispersat în solid (de ex. pigmenŃi în materiale plastice)

Sistemele coloidale (cu particule cu dimensiuni de 1-500 nm) sunt mai stabile decât suspensiile şi emulsiile datorită dimensiunilor reduse a particulelor cât şi datorită mişcării browniene.


65

Particulele dispersate pot avea forme foarte variate. Forma particulelor influenŃează stabilitatea sistemului. Particulele cu formă neregulată au suprafaŃă specifică mai mare şi interacŃionează mai uşor cu mediul de dispersie stabilizând astfel sistemul dispers dar particulele sferice cu au suprafaŃa specifică mai redusă şi astfel scade stabilitatea sistemului.

Figura 16. Particule din sistemele disperse

Sistemele coloidale sunt foarte des întâlnite în natură precum şi în organism. (de exemplu citoplasma, dextranii, sângele, sunt sisteme coloidale)

AplicaŃii ale sistemelor coloidale în farmacie

- caolin coloidal

- hidroxid de aluminiu coloidal (amalgel – antiacid)

- argint coloidal şi argint proteic coloidal (germicid)

- emulsii (de ex. Pasta Petrini)

- suspensii (badijonaje etc.)


66

Prepararea sistemelor disperse

Coloizii liofili – formează sisteme coloidale în mod spontan în contact cu faza continuă (de exemplu gelatina în apă)

Coloizii liofobi – nu formează sisteme coloidale în mod spontan. Pentru a forma sisteme coloidale trebuie modificată tensiunea superificială a sistemului sau modificarea dimensiunii şi formei particulelor (prin măcinare, iradiere, ultrasonare, etc.)

În sistemele coloidale apar două fenomene antagonice: mişcarea particulelor în mediul de dispersie (datorită mişcării browniene, difuziei, osmozei ) ce duce la stabilizarea sistemului şi sedimentarea (cauzată de forŃa gravitaŃională) care duce la distrugerea sistemului coloidal.

Viteza mişcării browniană a particulelor este indirect proporŃională cu dimensiunea particulelor (adică particule mici vor avea viteză mai mare deci vor forma sisteme coloidale mai stabile decât particulele mari care se vor sedimenta datorită gravitaŃiei)

De asemenea creşterea vâscozităŃii duce la scăderea vitezei particulelor.

ConsecinŃele mişcării browniene sunt:

- stabilitatea sistemului (mişcarea browniană contracarează forŃa gravitaŃională)

- difuzia ( particulele se vor mişca din zona cu concentraŃie ridicată către zona cu concentraŃie redusă, omogenizând sistemul)


67

Difuzia particulelor este dată de prima lege a lui Fick.

Prima lege a lui Fick este analoagă legii lui Fourier pentru transmiterea căldurii.

gradCdx

dCDJ X −=−=

(44)

unde Jx- fluxul (raportul dintre masa care trece în unitatea de timp prin unitatea de arie, pe direcŃia x)

D- coeficientul de difuziune

C- concentraŃia (dC/dx – gradientul de concentraŃie).

Figura 17. Reprezentarea schematică a difuziei

Tensiunea superficială este definită ca fiind lucrul mecanic necesar

pentru formarea a 1 cm2 se suprafaŃă. Energia corespunzătoare se

numeşte energie superficială şi este întodeauna pozitivă, ceea ce arată că

la interfaŃă există întotdeauna un exces de energie în comparaŃie cu

interiorul lichidului. Acest exces de energie se explică prin faptul că, la

suprafaŃa de separare, structura este deosebită de cea din interior.

Langmuir şi Harkins au dezvoltat teoria prezentată arătând că o

moleculă polară, posedând grupe cu energii potenŃiale diferite se dispune

la interfaŃă astfel încât grupele cu energie potenŃială maximă să fie


68

îndreptate spre interior din cauza moleculelor învecinate iar grupele cu

energie potenŃială minimă spre exterior ( spaŃiu gol, gaz). Stratul

superficial va prezenta la exterior minim de energie potenŃială.

Măsurarea tensiunii superficiale

Tensiunea interfacială este o mărime macroscopică măsurabilă fizic.Îşi

are originea în forŃele de atracŃie intermoleculare care operează între

moleculele unui lichid. Pentru a creşte suprafaŃa lichidului este nevoie de

energie pentru a învinge aceste forŃe de atracŃie. ForŃa necesară pentru a

creşte suprafaŃa cu o unitate de suprafaŃă este definită ca tensiune

superficială. Valoarea şi dimensiunea acestei mărimi sunt energia pe

unitatea de suprafaŃă sau forŃă pe lungime.

l

F=σ

(45)

Tensiunea superficială se exprimă în mN/m.

Măsurarea tensiunii superficiale se poate realiza cu ajutorul

tensiometrului (metoda tensiometrului cu inel de platină sau cu placă).

Vâscozitatea

Vâscozitatea dinamică reprezintă forŃa raportată la unitatea de

suprafaŃă necesară menŃinerii unei diferenŃe de viteză de 1 cm/s între

două straturi de lichid la distanŃa de 1 cm.

Unitatea de măsură a vâscozităŃii dinamice este scm

g

⋅ şi se numeşte

Poise (P).


69

În general vâscozitatea lichidelor obişnuite este mult mai mică decât

această unitate. De aceea se folosesc subdiviziuni ale Poise-ului: cP, mP

etc.

Uneori vâscozitatea lichidelor se exprimă ca vâscozitate cinematică –

adică vâscozitatea raportată la densitate.

ρ

ηυ =

(46)

Unitatea de măsură a vâscozităŃii cinematice este:

[ ] [ ][ ] s

cm

cm

gscm

g2

3

=⋅==ρ

ηυ

şi se numeşte Stokes.

Vâscozitatea relativă reprezintă raportul între vâscozitatea substanŃei

de analizat şi vâscozitatea substanŃei etalon (de obicei apa).

etalon

relativη

ηη

(47)

Această mărime este adimensională.


70

Legea lui Poiseuille

Debitul de curgere al unui lichid prin tuburi capilare este proporŃional cu

puterea a patra a razei tubului, cu pierderea de presiune pe unitatea de

lungime şi invers proporŃional cu coeficientul de viscozitate dinamică.

dl

dPrQ

⋅⋅

⋅⋅=

η

π

8

4

(48)

Unde dP = diferenŃa de presiune (la intrare şi ieşire)

Această lege se aplică la fluidele care udă pereŃii tubului şi îşi găseşte

aplicarea în principiul de funcŃionare al vâscozimetrelor care se bazează

pe curgerea laminară prin tuburi capilare (de exemplu vâscozimetrul

Engler, Ostwald etc).

Prin măsurarea succesivă a timpului de curgere a două volume egale

de lichide diferite prin aceiaşi capilară, sub acŃiunea greutăŃii proprii şi

Ńinând seama de ecuaŃia lui Poiseuille, se obŃine relaŃia:

22

11

2

1

t

t

⋅

⋅=

ρ

ρ

η

η

(49)

Astfel cunoscând vâscozitatea lichidului etalon şi densităŃile celor două

lichide la temperatura de lucru, se poate determina vâscozitatea lichidului

de analizat.


71

Efectul Faraday – Tyndall

La trecerea luminii printr-un sistem coloidal, aceasta este absorbită, difuzată, reflectată sau polarizată de către particulele dispersate. Acest fenomen poartă denumirea de efect Faraday-Tyndall.

Figura 18. Effectul Faraday – Tyndall

Cu ajutorul efectului Faraday – Tyndall se poate stabili masa molară a particulelor folosind următoarea relaŃie:

cBM

cH⋅⋅+=

⋅2

1

τ (50)

Unde: H – constantă optică

c – concentraŃia

τ - turbiditatea

M – masa molară

B – constantă (depinde de interacŃiunea particulelor cu faza continuă)


72

Reprezentând grafic variaŃia τ

cH ⋅ în funcŃie de concentraŃie, intersecŃia

cu ordonata reprezintă 1/M.

Figura 19. VariaŃia turbidităŃii cu concentraŃia

Stabilitatea unui sistem coloidal depinde de mai mulŃi factori şi este reprezentată schematic mai jos:

Figura 20. Stabilitatea unui sistem coloidal


73

Agregarea reprezintă asocierea particulelor cu formarea unei particule mai mari

Coagularea reprezintă procesul în care particulele dispersate se adună ireversibil în agregate fără a mai putea fi redispersate.

Flocularea reprezintă procesul de asocierea reversibilă a particulelor în agregate cu structuri deschise ce pot fi redispersate.

Gelurile – sunt sisteme coloidale din minim două componente şi constau dintr-o masă solidă întrepătrunsă de un lichid.

Din categoria gelurilor fac parte:

- gelatinele (matrice bogată în lichid)

- xerogelurile ( geluri din care s-a eliminat faza continuă, rămânând doar masa solidă)

- hidrogelurile (faza continuă este apa)

AplicaŃiile gelurilor:

- ExcipienŃi pentru substanŃe active

- Medii de cultură a microorganismelor

- Filtrarea şi separarea unor componente ( cromatografie)

- AgenŃi de suspendare


74

Lucrarea 11. AdsorbŃia unor compuşi din soluŃie cu ajutorul unor sisteme coloidale


AdsorbŃia reprezintă concentrarea a unuia sau mai multor componente în stratul superficial al unei componente (de obicei un solid). Materialul la suprafaŃa căruia sunt adsorbite componentele poartă denumirea de sorbent.

Cantitatea adsorbită se poate calcula cu ajutorul următoarei relaŃii:

)( 0 ccm

Va −= (51)

Unde a – cantitatea adsorbită (mg/g)

V – volumul probei / soluŃiei (mL)

c0 – concentraŃia componentei în probă (mg/mL)

c – concentraŃia finală a componentei după adsorbŃie (mg/mL)

În multe cazuri adsorbŃia se face respectând ecuaŃia Langmuir:

cb

caa m

+

⋅=

1 (52)

Unde am – capacitatea de adsorbŃie a sorbentului

b – constantă


75

Capacitatea sorbentului se poate calcula după relaŃia:

mm aba

c

a

c

⋅+=

1 (53)

RelaŃia (53) este liniară iar dacă se reprezintă grafic variaŃia c/a în funcŃie de concentraŃie, panta dreptei reprezintă 1/am.

AdsorbŃia depinde de suprafaŃa sorbentului.

SuprafaŃa specifică a sorbentului se poate calcula dacă se cunoaşte dimensiunea particulelor adsorbite astfel::

A = am·NA·ΦM (54)

Unde A – suprafaŃa specifică a sorbentului.

NA – numărul lui Avogadro ( 6,023· 1023)

ΦM – aria unei molecule adsorbite

SuprafaŃa specifică a sorbentului reprezintă aria totală pe care solutul o are la dispoziŃie pentru a fi adsorbit dar în cazul moleculelor mari (de exemplu coloranŃi azoici, polimeri etc.) nu se poate acoperi întreaga suprafaŃă iar adsorbŃia se face doar parŃial.

În lucrarea de faŃă vom studia adsorbŃia unui colorant (indigo – carmin sau orice alt colorant) aflat în soluŃie pe suprafaŃa unui sorbent (Al2O3 solid – dispersat în soluŃia de colorant) sub formă de suspensie. Dozarea se face spectrofotometric la 609 nm, lungime de undă la care colorantul are maxim de absorbŃie.

Figura 21. Indigo - carmin


76


1. Spectrofotometru

2. Balon cotat



5. Pahare Berzelius

6. Pipete

7. Agitatoare magnetice

8. Al2O3 solid

9. Colorant indigo-carmin (M = 468 g/mol )

Mod de lucru

1. PreparaŃi 100 mL soluŃie de indigo-carmin 10-3 M

2. DiluaŃi soluŃia preparată anterior pentru prepararea de soluŃii de concentraŃii 5·10-4M, 2,5·10-4M, 10-4M, 0,5·10-4M.

(Obs: pentru diluŃie se poate utiliza relaŃia 310

100−

⋅=finalc

x unde x –

nr. mL din soluŃia iniŃială de concentraŃie 10-3M iar cfinal – concentraŃia soluŃiei obŃinută după diluŃie. De exemplu pentru prepararea unei soluŃii 10-4M sunt necesari 10 mL soluŃie iniŃială care se diluează în balonul cotat până la 100 mL)

3. MăsuraŃi extincŃia la lungimea de undă 609 nm pentru fiecare soluŃie de colorant preparată

4. ReprezentaŃi grafic extincŃia în funcŃie de concentraŃie (pe abscisă concentraŃia iar pe ordonată extincŃia)


77

5. DeterminaŃi coeficientul molar de extincŃie (panta dreptei reprezintă ε x d iar d=1cm)

6. CântăriŃi cu balanŃa farmaceutică 0,1 g Al2O3 şi introduceŃi în 5 pahare Berzelius

7. AdăugaŃi câte 50 mL din fiecare soluŃie de colorant (10-3M ,5·10-

4M, 2,5·10-4M, 10-4M, 0,5·10-4M)

8. AdăugaŃi magneŃii şi porniŃi agitatoarele magnetice.

9. După 30 de minute opriŃi agitatoarele magnetice şi determinaŃi extincŃia fiecărei soluŃii (la 609 nm)

10. DeterminaŃi concentraŃia colorantului rămas în probă după adsorbŃie (utilizând valoarea coeficientului molar de extincŃie determinat din curba de etalonare) ( A= ε· c ·d)

11. CompletaŃi tabelul XI, notaŃi observaŃiile şi interpretaŃi rezultatele

12. ReprezentaŃi grafic variaŃia c/a în funcŃie de concentraŃie (pe abscisă c/a iar pe ordonată concentraŃia)

13. DeterminaŃi din grafic valoarea 1/am (panta dreptei)

14. CalculaŃi suprafaŃa specifică a Al2O3 ştiind că aria unei molecule de indigo-carmin este 1,34·10-18 m2.( A = am·NA·ΦM)


78

Tabelul XI. VariaŃia absorbanŃei (extincŃiei) cu concentraŃia

C0 (mol/L) 10-3 5·10-4 2,5·10-4 10-4 0,5·10-4

ExtincŃia (la

609 nm)

ExtincŃie

după

adsorbŃie

Coeficient

molar de

extincŃie

Cantitate

Al2O3 (g)

Volum probă

(mL)

c (mol/L) –

concentraŃia

după

adsorbŃie

Cantitate

adsorbită

(mol/g)

c/a (g/mL)


79

Figura 22. VariaŃia extincŃiei cu concentraŃia

Figura 23. VariaŃia capacităŃii sorbentului cu concentraŃia


80

SuprafaŃă specifică


Data:_________________


81

Lucrarea 12. Determinarea dimensiunii particulelor în suspensie în funcŃie de viteza de sedimentare


Pentru determinarea dimensiunii particulelor se consideră ca model că acestea sunt sferice. Chiar dacă forma moleculelor este neregulată, dimensiunea lor poate fi aproximată cu cea a unei sfere. Diametrul sferei poartă denumirea de diametru echivalent sau diametru Stockes iar raza sferei se numeşte rază echivalentă sau rază Stockes şi poate fi determinată după viteza de sedimentare dintr-o suspensie folosind relaŃia:

η

ρρ gr

t

hv

mediuparticule ⋅−⋅==

)(

9

22

(55)

Unde v – viteza de sedimentare

h – înălŃimea cilindrului în care se găseşte suspensia

t - timpul în care se depun toate particulele

r – raza echivalentă a particulelor (raza Stockes)

ρparticule – densitatea particulelor (care trebuie să fie mai mare decât a mediului de dispersie, altfel nu apare sedimentarea)

ρmediu – densitatea mediului de dispersie

g – acceleraŃia gravitaŃională ( g= 9,81 m/s2)

η – vâscozitatea

Raza Stockes a particulelor va fi:

tg

hr

mediuparticule ⋅⋅−

⋅⋅=

)(2

9

ρρ

η (56)


82


1. Cilindru gradat

2. Cronometru


4. Baghetă de sticlă

5. Apă distilată

6. Pulbere (de exemplu sulf sau orice altă pulbere insolubilă în faza continuă –apa distilată, şi cu densitatea mai mare decât mediul de dispersie)

Mod de lucru

1. CântăriŃi 0,3-0,4 g de pulbere

2. TurnaŃi apă distilată în cilindrul gradat cca. ¾ din volum şi marcaŃi volumul

3. MăsuraŃi înălŃimea lichidului (AtenŃie! Pentru a calcula raza Stockes, înălŃimea trebuie transformată în metri)

4. AdăugaŃi pulberea şi amestecaŃi cu bagheta de sticlă

5. LăsaŃi cca. 10 minute sistemul în repaus astfel încât particulele să se umecteze

6. AgitaŃi cu bagheta până la dispersarea completă a pulberii în lichid

7. PorniŃi cronometru

8. MăsuraŃi timpul în care întreaga cantitate de pulbere se sedimentează

9. CalculaŃi raza Stockes ( ştiind că ρapă= 1 g/cm3, ρsulf=2,07 g/cm3, η=0,01 g/cm·s)



83

Raza Stockes:


Data:_________________


84

Lucrarea 13. Determinarea masei molare a unui polimer prin măsurarea presiunii osmotice


Una dintre metodele de determinare a masei molare a unui polimer este prin măsurarea presiunii osmotice.

În cazul în care avem două vase – unul cu soluŃie sau dispersie a unui anumit compus şi un vas cu solventul pur – separate de o membrană semipermeabilă care permite trecerea exclusiv a moleculelor de solvent, nu şi a celor de solut, solventul va trece prin membrană de-o parte sau de alta a membranei în vederea egalizării presiunii aplicate pe suprafaŃa membranei.

Presiunea osmotică (π) reprezintă presiunea ce trebuie aplicată asupra unei membrane pentru a evita trecerea moleculelor de solvent prin aceasta.

solutie

solvent

p

p

V

TRln

⋅=π (57)

unde π – presiune osmotică

R – constanta universală a gazelor


V – volumul soluŃiei

psolvent – presiunea de vapori a solventului

psoluŃie – presiunea de vapori a soluŃiei.


85

În cazul soluŃiilor foarte diluate a unor polimeri, este valabilă relaŃia

M

TR

cc

⋅=

→

π0

lim (58).

Unde c – concentraŃia polimerului.

M – masa molară a polimerului

Valoarea limită la diluŃie infinită (c→0) se poate determina reprezentând grafic variaŃia π/c în funcŃie de concentraŃie (pe abscisă concentraŃia iar pe ordonată π/c). Se obŃine o relaŃie cvasi-liniară iar intersecŃia dreptei cu ordonata reprezintă valoarea π/c la diluŃie infinită – putându-se determina astfel valoarea masei molare.

Pentru determinarea presiunii osmotice se va utiliza osmometrul Schultz – Wagner. Acesta conŃine un tub capilar gradat ataşat la un tub de sticlă mai larg la baza căruia se află membrana semipermeabilă. În vederea obŃinerii unor rezultate cât mai corecte, membrana trebuie „condiŃionată” (de exemplu cu soluŃie de NaOH pentru membrana de celofan). Permeabilitatea membranei depinde şi de timpul de solvent (de exemplu în cazul celofanului echilibrul este atins mult mai repede dacă se utilizează metil – etil – cetonă decât dacă se folosesc alŃi solvenŃi)..

Figura 24. Osmometrul Schultz – Wagner


86


1. Osmometru Schultz – Wagner

2. Seringă ( de 5 mL)

3. Termometru

4. Baloane cotate


6. Fiole de cântărire

7. polistiren

8. metil – etil – cetonă

9. membrane din celofan

Mod de lucru

1. Se cântăresc 0,2-0,3 g de polistiren

2. Se introduc în balonul cotat de 100 ml şi se completează până la semn cu metil – etil – cetonă.

3. Din soluŃia astfel obŃinută de fac diluŃii 1:1, 1:4, 1:10, 1:20.

4. Se introduc soluŃiile în osmometru precum şi solventul pur cu ajutorul seringii.

5. MăsuraŃi temperatura soluŃiilor şi a solventului

6. Se citesc valorile presiunii osmotice la fiecare concentraŃie (atenŃie la meniscul lichidului!)

7. CompletaŃi tabelul XII.

8. ReprezentaŃi grafic, pe hârtie milimetrică, variaŃia π/c în funcŃie de concentraŃie (pe abscisă concentraŃia iar pe ordonată π/c)

9. DeterminaŃi intersecŃia dreptei cu ordonata.


87

10. DeterminaŃi masa molară medie a polistirenului folosind relaŃia 58.

Tabelul XII. VariaŃia presiunii osmotice cu concentraŃia

ConcentraŃia(c)

Presiunea

osmotică (π)

π /c

Masa molară


Data:__________________


88

Lucrarea 14. Studiul stabilităŃii unei suspensii în funcŃie de mediul de dispersie


Suspensiile sunt sisteme coloidale formate dintr-un solid dispersat într-un lichid sau într-un gaz.

Conform legii Stockes stabilitatea unei suspensii depinde de mai mulŃi factori: dimensiunea particulei (raza Stockes – vezi lucrarea 12), densitatea mediului de dispersie şi vâscozitatea acestuia, conform relaŃiei de mai jos:

η

ρρ gr

t

hv

mediuparticule ⋅−⋅==

)(

9

22

(59)

În lucrarea de faŃă vom determina viteza de sedimentare a particulelor în două medii cu viscozitate diferită (apă şi gumă arabică sau gelatină) la aceiaşi temperatură.

Vâscozitatea se mediilor de dispersie se poate determina cu ajutorul viscozimetrului Ostwald iar densitatea mediilor cu ajutorul picnometrului.

Determinarea vâscozităŃii cu viscozimetrul Ostwald se realizează măsurând timpul în care lichidul de analizat curge prin capilară faŃă de timpul în care curge etalonul de viscozitate cunoscută.

22

11

2

1

t

t

⋅

⋅=

ρ

ρ

η

η

(60)

Unde η1 – vâscozitatea etalonului

η2 – vâscozitatea lichidului de analizat

t1 – timpul de curgere al etalonului

ρ1 – densitate etalon

ρ2 – densitate lichid de analizat


89

Vâscozimetrul Ostwald este prezentat în figura de mai jos:

Figura 25. Vâscozimetrul Ostwald

Picnometrul (de la grec. Puknos= dens ) este un dispozitiv

compus dintr-un balon la care este ataşat un dop din sticlă cu un orificiu

(o capilară) prin care este eliberat surplusul de lichid, astfel încât se poate

determina cu acurateŃe volumul acestuia. Densitatea se determină

cântărind un lichidul de volum exact din picnometru.

V

m=ρ (61)

Unde ρ – densitatea mediului de dispersie

m – masa mediului de dispersie

V – volumul mediului de dispersie


90

Picnometru este prezentat în figura de mai jos:

A B C

Figura 26. Picnometrul (A şi C – gol, B – plin)


1. Viscozimetru Ostwald

2. Picnometru

3. Termostat

4. Termometru

5. Cronometru

6. Baloane cotate

7. BalanŃă analitică

8. Fiole de cântărire

9. NaCl (sau NaBr, KCl, KBr, KI, NaI ) solid

10. AgNO3

11. Guma arabică (sau gelatină)


91

Mod de lucru

1. PreparaŃi o soluŃie 5% de NaCl în apă (sau orice altă halogenură alcalină)

2. PreparaŃi o soluŃie 2% de AgNO3 în apă distilată (AtenŃie! Pentru prepararea soluŃiei de AgNO3 folosiŃi exclusiv apă distilată. Apa de la robinet conŃine ioni de Cl- şi se formează un precipitat de AgCl)

3. PreparaŃi o soluŃie de gumă arabică (sau gelatină) la cald ( la 850C) folosind soluŃie de halogenură alcalină preparată la punctul 1.

4. ÎncălziŃi toate soluŃiile la 850C

5. MăsuraŃi densitatea şi vâscozitatea fiecărei soluŃii la 850C. (Obs. Vâscozitatea apei la 850C este 0,334 cP)

6. IntroduceŃi în termostat (la 850C) o eprubetă cu soluŃie de halogenură alcalină şi soluŃia de halogenură alcalină cu gelatină. IntroduceŃi volume egale din fiecare soluŃie.

7. MăsuraŃi înălŃimea lichidului din eprubete

8. AdăugaŃi 2-3 picături de soluŃie AgNO3. Se va forma un precipitat coloidal de halogenură de argint (AgCl – alb, AgBr – alb gălbui, AgI – galben )

9. MăsuraŃi timpul de sedimentare al precipitatelor în fiecare mediu.

10. CompletaŃi tabelul XIII.



92

Tabelul XIII. Stabilitatea suspensiilor în funcŃie de mediul de dispersie

SoluŃie sare (NaCl

sau altă halogenură

alcalină)

SoluŃie sare cu

gelatină (sau gumă

arabică)

ρ (g/mL) – densitatea

mediilor de dispersie

η (cP) – vâscozitatea

mediilor de dispersie

h (cm) – înălŃimea

lichidului în eprubete

t (sec) – timpul de

sedimentare

v (cm/sec) – viteza de

sedimentare


Data:______________


93

Probleme Chimia Coloidală şi a interfeŃelor

1. Se poate prepara o suspensie din NaCl folosind ca mediu de dispersie apa? JustificaŃi răspunsul.

2. ExplicaŃi de ce celuloza cu toate că are multe grupări –OH nu este solubilă în apă?

3. Într-un lichid cu densitatea 1,009 g/mL se introduce o pulbere insolubilă cu densitatea 1,011 g/mL şi se observă că viteza de sedimentare a particulelor este 1 cm/sec. CalculaŃi dimensiunea particulelor (raza Stockes) ştiind că vâscozitatea mediului de dispersie este 1,0025 cP.

4. Cum va afecta stabilitatea unei suspensii creşterea temperaturii? ExplicaŃi.

5. Având la dispoziŃie un osmometru, propuneŃi o metodă de stabilire a masei molare medii a unei soluŃii coloidale de amidon.

6. Având o pulbere insolubilă în apă cât şi în etanol, care dintre cele două medii de dispersie vor forma o suspensie mai stabilă. JustificaŃi răspunsul.

7. De ce se foloseşte serul fiziologic ( soluŃie NaCl 0,9%) în formele farmaceutice injectabile şi nu apa distilată?. ExplicaŃi.

8. Care dintre următoarele substanŃe pot fi utilizate pentru prepararea unei suspensii în apă: AgNO3, AgCl, AgI, AgBr. JustificaŃi.

9. Care dintre următoarele amestecuri va forma un sistem coloidal: ulei + benzen, ulei+apă+lauril-sulfat de sodiu. ExplicaŃi.

10. ExplicaŃi de ce glucoza se dizolvă în apă iar amidonul (polimer al glucozei) nu.


94

Bibliografie

1. K. Ösz, A. Benyei, „Experiments in Physical Chemistry for Students in

Pharmacy“, University of Debrecen, 2003

2. M. Berka, „Manual for Colloid Chemistry Practical Course”, University

of Debrecen, 2008

3. M. Berka, I. Banyai, „Colloid and Surface Chemistry”, University of

Debrecen, 2006

4. F. Daniels, J. H. Mathews, J. W.Williams, P. Bender, R. Alberty,

„Experimental Physical Chemistry”, Editura McGraw-Hill, EdiŃia a 5-a,

1956.

5. F. Daniels, I.W. Wiliams, P.Bender, R.A. Alberty, C.D. Cornwell,

„Experimental Physiscal Chemistry”, EdiŃia a VI-a, Editura Mc.Graw Hill,

1962

6. W.P. Atkins, J. De Paula, „Chimie fizică”, Editura Agir, 2002

7. Farmacopeea Română EdiŃia a IX-a, Editura Medicală, 1986

8. Farmacopeea Română EdiŃia a X-a, Editura Medicală 1993

9. C. D. NeniŃescu, „ Chimie Generală”, Editura Tehnică, 1963

10. C. D. NeniŃescu, „Chimie Organică”, Vol. I şi Vol. II, Editura Didactică și

Pedagogică, 1973

11. M. Bojiță, R. Săndulescu, L. Roman, R. Oprean, „ Analiza și controlul

Medicamentelor”, Editura Intelcredo, 2002.


95

12. C. Iuga, M. Bojiță, L. Rus, C. Maier, E. Curea, „Analiza

medicamentului - AplicaŃii practice”, Editura Medicală Universitară „Iuliu

HaŃieganu”, 2005.

13. V. Chiriac, V. Chiriac, D. Dascălu, D. Isac, „Curs de chimie generală”,

Editura Mirton, 2003.

14. M. Leca, „Rheological Behavior of Concentrated Solutions of Aromatic

Esther-Imide Oligomers”, Analele UniversităŃii Bucureşti, Editura

UniversităŃii, 2003, p.211-219

15. R. Vâlcu, „Termodinamică Chimică”, Editura Tehnică, 1975.

16. C.H. Hamann, A. Hamnett, W. Vielstieh „Electrochemistry”, Editura

Wiley – VCH, 2007

17. P.H. Rieger, „Electrochemistry”, Editura Springer, EdiŃia a 2-a, 1994

18. C.G. Zoski, „Handbook of Electrochemistry”, Editura Elsevier, 2007

19. K.A. Connors, „Chemical Kinetics – The Study of Reaction Rates in

Solution” , Editura VCH – John Wiley and Sons, 1990

20. R.G. Mortimer, „Mathematics for Physical Chemistry”, Second Edition,

Editura Academics Press, 1999.

Indrumator Lucrari Practice Ch Fizica Sem2

Documents

Transcript of Indrumator Lucrari Practice Ch Fizica Sem2