Download - bazele chimiei

Transcript
  • Norme de protecie, prevenire a accidentelor i msuri de prim ajutor n

    laboratorul de chimie

    Multe experiene pot deveni periculoase dac experimentatorul nu

    cunoate natura reactivilor utilizai, caracteristicile acestora i ale aparaturii sau

    nu este atent la manipularea, respectiv manevrarea lor.

    n vederea proteciei i prevenirii accidentelor din laboratorul de chimie

    este necesar respectarea unor reguli numite NORME .

    Orice accident care survine n laborator trebuie imediat adus la

    cunotin cadrului didactic care va aprecia gravitatea lui i va stabili msurile

    de prim ajutor, o intervenie imediat putnd preveni o agravare a situaiei.

    n cele ce urmeaz se vor prezenta principalele tipuri de accidente care

    pot surveni n laboratoarele de chimie, normele de protecie precum i msurile

    de prim ajutor care trebuie luate n legtur cu persoana accidentat.

    Principalele accidente care se pot produce n laboratoarele de chimie sunt:

    intoxicaii, arsuri, traumatisme i electrocutri.

    Intoxicaiile pot fi:

    - acute, produse datorit ptrunderii n organism a unor substane toxice, ntr-o

    cantitate care depete limita admis;

    - cronice produse n urma ptrunderii unor substane toxice n organism n

    cantiti mici, timp ndelungat. Ptrunderea substanelor toxice n organism se

    poate produce: pe cale respiratorie (sub form de fum, cea, pulbere), pe cale

    digestiv, prin piele, de unde, prin difuzie ajung n snge (sulfura de carbon,

    alcool metilic, mercurul, etc.). n scopul evitrii intoxicaiilor, substanele

    chimice ca: cianur de potasiu, hidrogen sulfurat, soluie de hidroxid de

    amoniu concentrat, oxid de carbon, dioxid de sulf, acid cianhidric etc., se vor

    prepara sau utiliza numai sub ni.

  • Baze teoretice ale chimiei

    2

    Este interzis testarea substanelor chimice prin gustare.

    Este interzis pipetarea prin aspirare cu gura a soluiilor

    corozive sau toxice.

    La ncheierea edinei de laborator, studenii sunt obligai s fac ordine pe

    masa de lucru, s predea ustensilele utilizate i s se spele pe mini.

    Msurile de prim ajutor n cazul intoxicaiilor cu substane chimice se

    aplic difereniat n funcie de natura reactivului care a provocat intoxicaia

    (tabel I).

    Tabel I - Msuri de prim ajutor n cazul intoxicaiilor cu substane

    chimice.

    Substana

    toxic

    Antidot

    F2 Hidroxid de amoniu diluat

    Cl2; Br2 pulverizarea unei soluii de carbonat de sodiu

    H2S se inspir aer curat i cantiti foarte mici de Cl2

    NO; NO2 se recomand inhalare de oxigen, lapte i repaus complet

    P4 soluie de sulfat de cupru 2%

    As2O3 soluie de oxid de magneziu

    Arsurile pot fi:

    - termice, provocate de contactul cu corpuri fierbini sau datorit aprinderii

    substanelor inflamabile;

    - chimice, provocate de contactul cu substane caustice (baze sau acizi

    concentrai)

  • Baze teoretice ale chimiei

    3

    Dup gravitate, arsurile pot fi de gradul I, II i III. Arsurile de gradul III

    sunt considerate ca fiind cele mai grave deoarece cuprind o suprafa mare de

    piele.

    La manipularea obiectelor i substanelor fierbini (trunchi de amot,

    creuzete, capsule, pnze de azbest, ap fiart, etc. se recomand utilizarea,

    dup caz, a cletelui metalic, a manoanelor de azbest sau cauciuc, a lavetelor

    etc.

    Vasele din sticl se nclzesc treptat, pe sita de azbest, pe bi de ap sau

    nisip; vasele cu precipitate se nclzesc agitnd continuu cu o baghet pentru a

    se evita depunerea precipitatului.

    Este interzis aplecarea capului deasupra vaselor n care

    fierbe o soluie.

    Eprubeta n care se nclzete o soluie se ine nclinat ntr-

    o parte, nici spre sine, nici spre vecin, pentru a se evita stropirea n caz de

    supranclzire.

    Este interzis pstrarea substanelor inflamabile i a celor

    volatile n apropierea aparatelor care produc radiaii termice.

    Lmpile i becurile de gaz nu se las aprinse fr

    supraveghere.

    n cazul arsurilor termice, trebuie, n primul rnd, nchis gazul sau

    stinsa sursa care arde, cu ajutorul extinctoarelor, nisipului, prelatelor, trecndu-

    se apoi la acordarea primului ajutor. n cazul arsurilor de gradul I pielea ars se

    spal cu o soluie de permanganat de potasiu i apoi se unge cu o crem

    protectoare, dezinfectant, sau se spal locul arsurii cu o soluie de tanin 1%. n

    cazuri mai grave (arsuri de gradele II i III) accidentatul se transport imediat

    la spital.

  • Baze teoretice ale chimiei

    4

    Arsurile cauzate de substane chimice sunt extrem de numeroase i

    variate. n tabelul II sunt prezentate unele msuri de prim ajutor care se aplic

    n cazul arsurilor cu substane chimice.

    Tabel II - Msuri de prim ajutor n cazul arsurilor cu substane chimice.

    Substana

    toxic

    Antidot

    Br2 Se spal repede locul cu ap, apoi cu soluie 1/10 NaOH sau

    NH4OH, din nou cu ap dup care se pune o compres cu

    soluie concentrat de Na2S2O3 (tiosulfat de sodiu).

    Locul unde s-a produs arsura se unge, ct mai des, cu

    lanolin sau vaselin.

    HF Soluie CaCl2 2%, soluie 20% MgO n glicerin.

    P4 Se tamponeaz i se aplic pe ran pentru scurt timp un

    pansament cu una din soluiile: AgNO3 (1/1), KMnO4 (1/10)

    sau CuSO4 5%; apoi se spal rana cu ap i se aplic un

    pansament de vaselin cu violet de metil.

    Pentru arsurile grave, obligatoriu, ne adresm medicului

    specialist.

    HCl, H2SO4,

    HNO3

    Se spal locul cu mult ap, apoi cu o soluie bicarbonat de

    sodiu 2% pentru neutralizare

    NaOH, KOH Se spal locul cu mult ap apoi cu o soluie de acid acetic

    2%

  • Baze teoretice ale chimiei

    5

    Dac un pahar cu o soluie acid sau bazic se rstoarn pe mas, locul

    trebuie splat cu mult ap, neutralizat i uscat.

    La efectuarea experienelor cu acizi, se pot utiliza acizi concentrai

    numai dac metoda utilizat prevede special acest lucru. Acizii concentrai se

    vor mnui cu mult precauie numai sub ni.

    Prepararea soluiilor nsoit de degajare mare de cldur (de exemplu:

    diluarea acidului sulfuric, prepararea amestecului sulfocromic din acid sulfuric

    concentrat i dicromat de potasiu etc.) se efectueaz n vase de sticl cu pereii

    rezisteni pentru a se evita crparea lor sau n capsule de porelan.

    Diluarea acidului sulfuric concentrat cu ap se face ntotdeauna

    prin introducerea acidului sulfuric n ap, n fir subire, cu agitare

    continu i rcire. Diluarea acidului sulfuric concentrat n ap are loc cu

    degajare mare de cldur datorit hidratrii ionilor HSO4-

    i H+. Prin turnarea

    apei cu d = 1g/cm3

    peste H2SO4 concentrat cu d =1,84 g/cm

    3 procesul de

    hidratare are loc la suprafaa acidului. Cldura degajat nu se transmite masei

    de acid sulfuric i soluia rezultat poate ajunge la fierbere. Vaporii formai pot

    antrena H2SO4 concentrat, producnd n acest fel o stropire cu acid sulfuric. n

    schimb, dac se toarn acid sulfuric n ap, pictur cu pictur, acidul sulfuric

    mai greu, cade la fundul paharului i soluia se nclzete treptat, evitndu-se

    accidentele.

    Traumatismele prin lovire pot fi provocate n urma manevrrii

    incorecte a aparatelor grele, buteliilor, la utilizarea necorespunztoare a

    sticlriei etc. Cnd se introduc tuburi de sticl n dopuri de cauciuc perforate,

    acestea trebuie nfurate ntr-o pnz i inute n apropierea prii solicitate

    mecanic pentru a se evita plesnirea evii i rnirea minilor. Pentru uoara

  • Baze teoretice ale chimiei

    6

    alunecare a tubului de sticl prin dop acesta trebuie umectat cu o soluie de

    spun sau detergent.

    Este interzis ungerea ventilelor i manometrelor de la buteliile cu

    oxigen lichid cu grsimi sau uleiuri precum i atingerea acestora cu minile

    unse cu grsimi deoarece se pot produce explozii cu urmari foarte grave.

    Electrocutrile pot fi provocate de montarea defectuoas a aparatelor

    electrice. Aparatele electrice de nclzit (etuve, cuptoare, bi de nisip i ap) se

    vor aeza pe mese cu suprafaa izolat termic. Astfel, instalaiile i aparatele

    electrice vor fi legate la priz cu mpmntare. Nu se utilizeaz aparate cu

    conductori neizolai sau montai neregulamentar.

    Se interzice manipularea aparatelor i instalaiilor electrice din laborator cu

    mna umed.

    Studenii care efectueaz lucrri practice n laboratorul de chimie trebuie

    s in cont de urmtoarele:

    Studenii au acces n laborator numai n prezena cadrului didactic i

    numai dac cunosc lucrarea care urmeaz s fie efectuat precum i,

    normele de protecia muncii referitoare la lucrrile practice;

    Lucrrile vor fi demarate numai dup ce studentul este bine documentat

    asupra modului de lucru i dup ce a discutat n detaliu planul lucrrii

    cu cadrul didactic. Se interzice efectuarea altor lucrri n afara celor

    stabilite, iar n laborator orice problem neclar studentul este adresat

    cadrului didactic;

    Studentul trebuie s se prezinte la lucrrile practice cu un caiet de

    laborator i este obligat s foloseasc halate de protecie din bumbac

  • Baze teoretice ale chimiei

    7

    pentru protejarea mbrcminii. nainte de nceperea experimentului

    studenii trebuie s strng prul lung la spate;

    Studenii sunt obligai s poarte ochelari de protecie la toate

    experienele cu substane agresive i mnui pentru manipularea

    produilor corozivi;

    Studenii trebuie s lucreaz de preferin n picioare i se consult

    permanent pictogramele de pe etichetele flacoanelor cu substane

    chimice utilizate care indic pericolul prezentat de produsul considerat;

    trebuie respectate msurile de protecie corespunztoare pictogramelor;

    Este strict interzis gustarea substanelor chimice din laborator, s

    preleveze cu mna substanele solide i aspirarea cu gura a

    substanelor n stare lichid. Pentru preluarea substanelor chimice n

    stare solid se vor utiliza spatule speciale, iar pentru aspirarea lichidelor

    se vor folosi fie para de cauciuc, fie pipete automate, fie pentru a lua o

    cantitate mic de lichid se introduce pipeta n lichid. Astfel, cnd

    lichidul s-a ridicat n pipet prin capilaritate, se acoper captul liber al

    pipetei cu degetul, dup care se scoate pipeta din lichid, meninnd

    degetul pe pipet, pn n momentul pipetrii;

    nainte de a deschide o sticl cu reactivi se va citi cu atenie eticheta i

    se vor identifica pictogramele ce indica pericolele pe care le prezinta

    reactivul respectiv. Nu se va mirosi niciodat direct o substan

    chimic; prin micarea minii, cu precauie se ndreapt vaporii sau

    gazele spre nas

    Tabel III. Pictogramele de pe etichetele sticlelor cu reactivi si pericolele pe

    care le indica

  • Baze teoretice ale chimiei

    8

    Pictogramele de pe sticlele cu reactivi in conformitate cu GHS*

    Pericol fizic

    Substante

    explozive

    Lichide

    inflamabile

    Lichide

    oxidante

    Gaze sub

    presiune

    Substante

    cotozive

    Pericol pentru sanatate Pericol pentru mediu

    Toxicitate

    acuta

    Iritant pentru

    piele

    CMR1)

    ,

    STOT2)

    periculos la

    aspirare

    Periculos pentru mediul

    acvatic

    * GHS - Globally Harmonized System of Classification and Labelling of

    Chemicals

    1) carcinongen, mutagen, toxic pentru sistemul reproducator

    2) actiune specifica asupra unor organe (Specific Target Organ Toxicity)

    Studenii trebuie s se asigure ntotdeauna c recipientele pe care doresc

    s le nclzeasc (obligatoriu folosind site metalice de azbest) pot fi

    utilizate fr a produce accidente; recipientele din sticl fierbini nu se

    rcesc brusc n ap i nici nu se aaz pe suprafee reci;

    Reactivii se manevreaz n aa fel nct s se evite impurificarea lor.

    Dup efectuarea experienelor cu substane care pot fi recuperate

  • Baze teoretice ale chimiei

    9

    (azotat de argint, iod, alcool etilic), acestea nu se arunc ci se

    depoziteaz n vase speciale;

    n cursul lucrrilor fiecare student trebuie s fie preocupat permanent de

    economisirea consumului de reactivi, ap distilat, curent electric, gaz,

    Este strict interzis fumatul precum i, consumarea buturilor alcoolice

    sau drogurilor, pstrarea i consumarea alimentelor n laborator;

    studentul va evita deplasrile inutile prin laborator pentru a nu se

    produce accidente sau stnjeni colegii;

    n laborator se va pstra ordine i curenie perfecte; se interzice

    ngrmdirea obiectelor necesare pentru desfurarea lucrrii practice

    pe masa de lucru, acestea punndu-se la loc imediat dup utilizare.

    Observaiile i datele experimentale obinute n timpul efecturii

    lucrrilor practice i calculul rezultatelor se noteaz n caietul de

    laborator. nregistrarea rezultatelor experienelor precum i

    interpretarea lor trebuie astfel fcute nct s fie nelese att de

    studentul care le-a efectuat ct i de oricare alt persoan care ar

    consulta caietul de laborator.

    Interzis Consumul

    de alimente si

    bauturi

    Purtarea halatului este

    obligatorie

    Fumatul interzis

  • Baze teoretice ale chimiei

    10

    1. Sticlrie i ustensile utilizate n laborator

    O problem deosebit de important pentru buna organizare a muncii n

    laboratoarele de chimie, o constituie dotarea cu materiale i ustensile adecvate

    precum i cunoaterea condiiilor corecte de utilizare a acestora.

    n laboratoarele de chimie se utilizeaz vase i ustensile confecionate

    din sticl special termorezistent (tip Jena, Pyrex, Duran etc), porelan,

    faian, metal , lemn i plastic sau combinate ntre ele.

    Recipientele din plastic (fie ca este vorba despre polipropilen,

    policarbonat, sau Teflon) sunt in general inerte din punct de vedere chimic i

    rezistente la acizi i baze. Inainte de utilizarea lor cu acizi, baze tari sau

    solventi organici ns absolut necesar consultarea specificaiilor

    productorului (diponibil cel mai frecvent pe site-ul web al acestuia sau la

    adresa http://www.coleparmer.com/TechInfo/ChemComp.asp)

    Sticla se gsete sub form de semifabricate (baghete i tuburi de

    diverse dimensiuni i caliti) sau sub form de obiecte finite (piese de legtur

    i vase de laborator). n funcie de compoziie i tehnologia de fabricaie se

    cunosc mai multe tipuri de sticl, care difer n funcie de rezistena mecanic

    i caracteristicile termice. n experimente se folosesc vase cu perei subiri, din

    sticl uor fuzibil (n special pentru nclzirea lichidelor), vase cu perei

    subiri din sticl greu fuzibil (pentru nclzirea puternic a lichidelor sau

    variaii brute de temperatur) precum i vase din sticl cu pereii groi pentru

    operaii care nu necesit nclzire. Meninerea reactivilor odat preparai se

    realizeaz n vase de sticl cu perei groi.

    Din sticl se confecioneaz marea majoritate a obiectelor necesare

    realizrii experimentelor n laborator: eprubete (gradate sau negradate) de

  • Baze teoretice ale chimiei

    11

    diferite dimensiuni, eprubete de centrifug, sticle de ceas, pahare Berzelius,

    flacoane conice Erlenmeyer, baloane cu fund plat, baloane cu fund rotund,

    baloane tip Kjeldahl, baloane cu fund rotund i cu tub lateral tip Wrt,

    cristalizoare, plnii de filtrare, plnii de siguran, plnii de separare, fiole de

    cntrire, exicatoare, refrigerente, pisete, termometre etc. Pentru msurarea cu

    exactitate a unor volume de lichide se ntrebuineaz baloane cotate, cilindri

    gradai, pipete, biurete etc. (figura 1).

    O clasificare a sticlriei utilizate n laboratoarele de chimie se poate

    face dup destinaia utilizrii: pentru reacii calitative sau pentru dozaj. Astfel,

    sticlria utilizat n reaciile calitative este compus din: eprubete, capsule,

    plnii, pahare Berzelius, pisete, spatule, baghete din sticl pentru agitare etc.;

    pentru dozaje sunt utilizate: biurete, pipete din sticl, agitator magnetic i bar

    magnetic nvelit cu teflon, eprubete gradate, pahare Berzelius, flacoane

    Erlemneyer, pisete cu ap distilat etc.

    Tipul cel mai simplu al unui vas de laborator este eprubeta, care are

    forma unui tub de sticl nchis la un capt i care se menine n timpul

    experimentului n suporturi speciale denumite stative. n cazul n care, ntr-un

    protocol de lucru, eprubeta trebuie nclzit la un bec de gaz, se utilizeaz un

    clete de lemn i se evit orientarea captului deschis spre proprii ochi sau alte

    persoane.

    Pentru executarea reaciilor care nu decurg la temperaturi prea nalte, a

    operaiilor de dizolvare, fierbere etc., se utilizeaz baloane i pahare de

    laborator de diferie capaciti. Vasele conice sunt utilizate, n special, pentru

    efectuarea operaiilor de titrare.

    Paharele Berzelius, vasele Erlenmeyer i baloanele cu fund plat sunt

    confecionate de regul din sticl terorezistent pentru a rezista la nclzirile

  • Baze teoretice ale chimiei

    12

    repetate i au capaciti cuprinse ntre 25-3000 ml. Trebuie menionat faptul c

    vasele de sticl cu perei groi sunt mai puin rezistente la nclzire dect cele

    cu perei subiri.

    O alt categorie de vase din sticl de importan deosebit pentru

    efectuarea lucrrilor de laborator o constituie vasele din sticl care prezint

    gradaii, destinate msurrii volumelor de lichide: baloane cotate, biurete,

    pipete, cilindrii gradai etc.

    Baloanele cotate sunt utilizate la prepararea soluiilor de concentraii

    determinate i pentru msurarea exact a volumelor de lichide. Ele au form de

    par sau sferic, cu fund plat i gtul lung i ngust, pe care se traseaz reperul

    ce delimiteaz capacitatea nominal care variaz ntre 25-3000 ml.

    Pentru msurtori de mare precizie se utilizeaz biuretele (la titrri)

    care pot msura cu o precizie de 0,1ml la biuretele obinuite i 0,01-0,02 ml la

    microbiurete. Aceste sunt fixate pe stative speciale cu ajutorul unor cleme,

    astfel nct biureta s fie perfect vertical. De menionat este faptul c, atunci

    cnd se introduce lichidul n biuret (cu ajutorul unei plnii), acesta se pune

    ncet pentru a se evita formarea bulelor de aer. n cazul n care acestea apar ele

    trebuie eliminate fie prin nclinarea biuretei, fie prin surgerea brusc a unui jet

    de lichid.

    Cilindrii gradai sunt utilizai la msurarea volumelor de lichide. Ei

    sunt confecinai din sticl groas pe care se gradeaz la exterior diviziuni care

    indic volumul n mililitri. La partea superioar este marcat capacitatea total,

    care variaz ntre 5-2000 ml. Msurarea volumului unui lichid cu cilindru

    gradat, care este transparent i ud pereii vasului, se aeaz cilindrul pe o

    suprafa orizontal i se introduce n el lichidul pn cnd marginea de jos a

    meniscului este tangent la gradaia respectiv.

  • Baze teoretice ale chimiei

    13

    Plniile se utilizeaz pentru filtrarea sau separarea lichidelor i pot fi de

    mai multe tipuri: plnii de filtrare (simple de sticl, Bchner pentru filtrarea

    la vid care sunt confecionate din porelan sau sticl), plnii de separare

    (folosite pentru separarea lichidelor), plnii de picurare (folosite pentru

    picurarea unor cantiti de lichide).

    Sticlele de ceas se folosesc pentru cntrirea substanelor, pentru

    acoperirea paharelor etc.

    Cntrirea diverselor substane se realizeaz cu ajutorul fiolelor de

    cntrire. Pentru uscarea lent i conservarea substanelor care absorb cu

    uurin umiditatea din aer se folosesc aparate etane care prin substanele

    componente (clorur de calciu anhidr, anhidrid fosforic etc.) absorb apa

    numite exicatoare. Acestea prezint deasupra absorbantului (o substan

    higroscopic clorura de calciu anhidr) o plac de porelan cu guri, care

    permit circulaia aerului n exicator. Pe aceast plac se aaz produsul destinat

    uscrii (ntr-o fiol, ntr-un creuzet etc.). Dac n exicator se introduc pentru

    rcire vase fierbini, acesta trebuie lsat cteva minute exicatorul ntredeschis,

    pentru a permite ieirea aerului cald, dup care acesta se nchide.

    Frecvent utilizate n laboratoarele de chimie sunt instalaiile denumite

    refrigerente care servesc la rcirea gazelor sau vaporilor precum i, cel mai

    adesea la condensarea acestora. Pentru asamblarea diferitelor pri componente

    ale unei instalaii se folosesc diferite piese de legtur, de preferin prevzute

    cu lifuri.

  • Baze teoretice ale chimiei

    14

    Fig. nr. 1. Exemple de sticlrie i ustensile utilizate n laborator: 1 pahar

    Berzelius, 2- flacon Erlenmeyer, 3 plnie de filtrare n vid, 4 cartu filtrant,

    5 balon cu fund rotund, 6- balon cotat, 7 plnie de separare, 8 cilindru

  • Baze teoretice ale chimiei

    15

    gradat, 9 refrigerent, 10 componente Soxhlet, 11 coloan de separare, 12

    sering, 13 balon Kjeldahl, 14 biuret, 15 plnii, 17 dop rodat, 18

    clem cu muf

    2. Msurarea volumelor

    n lucrrile practice de chimie, alturi de cntrire, msurarea

    volumelor este operaia cea mai important. Unitatea de msur pentru volum

    este dm3

    sau litrul, care se definete ca fiind volumul ocupat de 1 kg de ap

    distilat, la 4oC n vid la nivelul mrii i la 4o

    latitudine. A mia parte dintr-un

    litru este centimetrul cub cm3

    sau mililitrul - ml.

    Pentru realizarea soluiilor titrate i aplicarea metodelor de dozare

    volumetric se utilizeaz o serie de vase de sticl cu rezisten chimic i

    termic mare (baloane cotate, biurete, pipete gradate, tote acestea curate i

    perfect uscate). Vasele gradate sunt marcate la temperatura de 200

    C.

    Pentru pregtirea soluiilor de o anumit normalitate sau molaritate se folosesc

    baloane cotate. Spunem c s-a atins volumul marcat pe balon atunci cnd

    meniscul lichidului (soluiei) este tangent inferior la inelul marcat pe gtul

    balonului. Pentru citire exact, balonul trebuie ridicat sau lsat n jos, pn ce

    raza vizual este n dreptul inelului de marcaj. Poziia balonului trebuie s fie

    vertical.

    2.1. Msurarea volumelor cu ajutorul pipetelor

  • Baze teoretice ale chimiei

    16

    Cel mai utilizat instrument pentru msurarea foarte precis a volumelor

    de lichid in laborator este pipeta, fie sub forma pipetei mecanice fie sub forma

    pipetei de sticl.

    Pipetele mecanice ce pot msura volume cuprinse ntre 0,2 i 1000 l

    poart numele de micropipete, iar cele ce permit msurarea volumelor mai

    mari poart numele de macropipete. De la inventarea lor n 1960 de ctre Dr.

    Hanns Schmitz (Marburg/ Germania), un numr foarte mare de tipuri de pipete

    mecanice au aprut, clasificarea lor fiind dificil. Cele mai importante sisteme

    de clasificare in cont de volumul msurat (pipete mecanice cu volum fix i

    pipete mecanice cu volum variabil) sau de numrul de probe msurate simultan

    (pipete monocanal 1 prob, pipete multicanal 12 probe simultan).

    Elementele ce alctuiesc o pipeta mecanic monocanal cu volum variabil sunt

    prezentate n figura 2.

    Figura 2. Pipet mecanic

    monocanal cu volum variabil

    A piston pentru pipetare cu 3

    poziii

    A1 eticheta pipetei

    A2 striaii pentru manipularea

    prin rotire a butonului (doar la

    anumite modele)

    B ecran i buton pentru stabilirea

    volumului msurat

    C tij

    D prghie pentru detaarea

    vrfului

  • Baze teoretice ale chimiei

    17

    E vrf din plastic detasabil

    F buton de comand pentru detaarea vrfului

    Instruciuni generale privind manipularea pipetelor mecanice:

    1. Pipetele se menin n permanen cu vrful n jos pentru a

    prentmpina ptrunderea lichidului n tija pipetei.

    2. Varful pipetei trebuie s fie bine fixat pe pipet pentru a asigura

    etaneitate. Dup pipetare, vrfurile utilizate se detaeaz prin apsarea

    butonului F i colecteaz n vase speciale. Vrfurile nu se arunc n chiuvet.

    3. n cazul pipetelor cu volum variabil, volumul maxim este nscris n

    partea superiar, pe butonul pentru pipetare (A1 in figura 2). Stabilirea volumul

    de pipetat se face prin rotirea butonului B ntr-un sens sau cellalt pn la

    afiarea volumui dorit pe ecranul pipetei, conform tabelului 1. Nu este permisa

    rotirea butonului peste volumul maxim admis, aceasta putand duce la

    decalibrarea pipetei.

    Tabelul IV

    Pipeta P20 P200 P1000

    Volum 2- 20 l 20 200 l 200 1000 l

    Varf galben galben Albastru sau alb

    Mod de citire

    Pipeta poate fi utilizat n dou moduri distincte, dup cum urmeaz:

    a. Pipetarea obinuit presupune parcurgerea a 6 etape distincte

    (figura 3):

  • Baze teoretice ale chimiei

    18

    1. Amplasare unui varf convenabil n pipet (conform tabelului 1) prin

    aplicarea unei fore suficient de mari pentru a realiza etaneitate perfect.

    2. Evacuarea aerului din pipet se face n afara lichidului, prin

    apsarea pn la punctul 2 a pistonului pentru pipetare (Figura 3, A)

    3. Aspirarea lichidului n pipet vrful pipetei se introduce n lichid i

    pistonul pentru pipetare este eliberat lent pn la punctul 1 (Figura 3, B).

    4. Evacuarea lichidului din pipet vrful pipetei se lipete de peretele

    vasului n care se face pipetarea (sau se introduce n lichid) i pistonul pentru

    pipetare se apas lent pn la punctul 2 (Figura 3, C).

    5. Evacuarea complet a lichidului din pipet cu varful pipetei n

    lichid pistonul pentru pipetare se apas lent pn la punctul 3 (Figura 3, D).

    Lichidul a fost complet evacuat dac n varful pipetei apare o bul de aer.

    6. Vrful pipetei se scoate din lichid i pistonul pentru pipetare este

    eliberat lent pn la punctul 1. Se apas butonul pentru eliberarea varfului i

    ciclul se reia pentru o nou pipetare.

    Figura 3.

    Masurarea

    volumelor cu

    ajutorul pipetelor

    mecanice

  • Baze teoretice ale chimiei

    19

    b. Pipetarea inversat se folosete la pipetarea soluiilor vscoase i

    presupune parcurgerea acelorai 6 etape distincte, dar evacuarea aerului se face

    apsnd pistonul pentru pipetare pn la punctul 2. Aspirarea lichidului se face

    prin eliberarea pistonului pentru pipetare pn la punctul 1, n acest mod n

    pipet ptrunde o cantitate mai mare de lichid dect volumul fixat. Evacuarea

    lichidului din pipet se face prin apsarea pistonului pn la punctul 2, dup

    care vrful coninnd o mic cantitate de lichid se scoate din vas i se arunc.

    Pipetele din sticl permit msurarea volumelor mari, de ordinul

    mililitrilor, dar exist i pipete din aceast categorie ce permit msurarea

    volumelor sub 1 ml. Pipetele din sticl se mpart n dou tipuri distincte: pipete

    gradate i pipete cotate.

    Pipetele cotate permit transferarea unui volum fix de lichid prin

    umplerea lor pn la semnul marcat n partea superiar i golirea lor sub

    influena gravitaiei, fr a elimina ultima pictur din vrf. Acest tip de pipete

    au marcat n partea superioar inscripia TD (to deliver) i trebuie separate de

    cele care sunt inscripionate TC (to contain). n cazul acestora din urm,

    umplerea se face identic dar golirea pipetei se realizeaz prin eliminarea

    complet a lichidului, incluznd ultima pictur. Un tip intermediar de pipete

    cu dou marcaje de umplere n partea superioar poate fi utilizat n ambele

    moduri (marcajul superior modul TC, marcajul inferior- modul TD).

    Pipetele gradate permit transferarea unor volume variabile de lichid

    prin umplerea lor pn la semn i golirea sub influena gravitaiei pn la

    volumul dorit. Funcie de gradaiile din vrf, dou tipuri distincte de pipete sunt

    mai frecvent utilizate:

    - pipetele serologice, gradate pe toat lungimea lor inclusiv n vrf. Ultima

    gradaie este una intermediar fa de volumul maxim al pipetei

  • Baze teoretice ale chimiei

    20

    - pipete Mohr, gradate pn aprope de vrf. Ultima gradaie este chiar volumul

    maxim al pipetei.

    Indiferent de tipul pipetei gradate, n laborator este indicat utilizarea

    pipetelor folosind tehnica pipetrii prin diferen. Aceasta const n umplerea

    pipetei pn la un volum mai mare dect cel vizat i golirea pipetei pn la un

    semn intermnediar. De exemplu pentru pipetarea unui volum de 10 ml se va

    folosi o pipet de 25 de ml care se va umple pn la diviziunea se 15 i se va

    goli pn la diviziunea de 5. Diferena ntre cele diviziuni este chiar volum

    dorit de 10 ml.

    Umplerea pipetelor se va realiza ntotdeauna folosind o par de cauciuc

    sau un pipetor i niciodat cu gura. Pentru a msura cu pipeta un anumit

    volum, se amplaseaz para de cauciuc n captul pipetei, se apas valva notat

    cu A i concomitent se evacueaz aerul din par prin strangerea acesteia.

    Pentru a aspira lichid n pipet, vrful acesteia se introduce n lichid i se apas

    valva S pn lichidul depete gradaia dorit. Se terge vrful pipetei cu o

    hrtie de filtru apoi se apas valva E i se las s se scurg lichidul pn cnd

    marginea inferioar a meniscului este tangent la semn. Se aduce apoi pipeta

    astfel nct vrful ei s ating peretele inferior al vasului n care urmeaz s se

    introduc lichidul msurat i se las s se scurg liber prin apasarea valvei E.

    Cteva secunde dup golire se trage uor vrful pipetei de-a lungul peretelui

    vasului. Dup utilizare, pipetele se spal i se aeaz n stativul lor, cu vrful n

    jos.

  • Baze teoretice ale chimiei

    21

    Figura. 4 Folosirea pipetelor de sticla cu au ajutorul parei de cauciuc

  • Baze teoretice ale chimiei

    22

    3. Splarea i uscarea vaselor de laborator

    De modul n care se cur vasele depinde n mare msur rezultatul

    lucrrilor de laborator, n special al celor analitice.

    Vasele de laborator trebuie splate imediat dup utilizare pentru a se

    evita evaporarea solvenilor, formarea crustelor i depozitelor ce ngreuneaz

    mult procesul de splare.

    n general, vasele din sticl se spal foarte bine cu ap cald i

    detergent dup care se cltesc din abunden (de cel puin 3 ori) cu ap de

    robinet i apoi de 3 ori cu ap distilat nainte de a fi puse la uscat. La final,

    dac vasul este bine splat, apa distilat se scurge ntr-un strat continuu, fr a

    lsa picturi sau drepe pereii vasului. Dei utilizarea detergenilor este

    indicat, acetia nu trebuie folosii n exces, numeroase reacii chimice sau

    biologice fiind afectate de prezena lor.

    n cazul n care sticlria prezint urme persistente de grsime, acestea

    sunt ndeprtate cu ajutorul solvenilor organici aceton, hexan, procedur

    urmat apoi obligatoriu de splare i clatire cu ap distilat.

    n cazul precipitatele aderente, acestea se ndeprteaz cu ajutorul unor

    perii cu dimensiuni adecvate (nu cu baghet, srm sau spatul care pot zgria

    sticla) cu abur sau prin procedee chimice.

    Splarea chimic se poate realiza cu diverse soluii precum: acid nitric

    1M, aqua regia (1 parte HNO3 concentrat i 3 pri HCl concentrat), acid

    florhidric concetrat sau amestec sulfocromic.

    Amestecul sulfocromic se prepar prin dizolvarea a 90 g de K2Cr2O7 n

    100 ml de ap distilat la cald. Soluia se rcete dup care se adaug cu

    atenie, n fir subire, cu agitare 900 ml H2SO4 concentrat. Atenie, la

  • Baze teoretice ale chimiei

    23

    dizolvarea acidului sulfuric se degaj cantiti nsemnate de cldur care pot

    duce la fierberea amestecului sau la spargerea vasului. De asemenea, Cr (VI)

    este deosebit de toxic, este potenial carcinogen de aceea amestecul

    sulfocromic se manipuleaz cu atenie i se evit contactul cu pielea.

    Amestecul sulfocromic se poate folosi la mai multe splri pn ce

    culoarea se schimb sensibil trecnd spre verde.

    Pipetele din sticl se spal prin umplerea lor complet cu soluie

    coninnd detergent, urmat de cltirea de trei ori cu ap de la robinet, apoi cu

    ap distilat (de cel puin trei ori). Dac pe pipete exist depuneri, acestea se

    introduc complet i se menin pentru cateva ore n amestec sulfocromic, dup

    care se spal cu ap de robinet i se cltesc cu ap distilat.

    Dup splare, vasele se usuc, fie aezate cu gura n jos pe un suport,

    fie n etuv. Vasele din sticl pot fi uscate n etuv, la 1050C 1100C pentru o

    or sau mai mult. n trecut se considera c vasele folosite n volumetrie nu

    trebuie uscate la temperatur datorit decalibrrii acestora, ns diverse studii

    (Burfield i Hefter, 1987) au demonstrat c nu este cazul.

    n nici un caz vasele nu vor fi terse n interior, deoarece rmn scame

    sau vasele pot fi murdrite din nou prin atingere cu mna; deasemenea, este

    interzis uscarea vaselor la flacr.

    O modalitate utilizat pentru a grbi uscarea vasele este cltirea dup

    splare cu aceton perfect curat i apoi suflate cu aer cald. n final acetona

    poate fi colectat separat i recuperat prin distilare.

  • Baze teoretice ale chimiei

    24

    4. Tehnici de baz pentru separarea i purificarea substanelor

    Foarte puine materiale ntlnite n natur sunt n stare pur, de cele

    mai multe ori ele regsindu-se sub forma unui ameste de dou sau mai multe

    componente. Izolarea unui component pur presupune separarea acestuia de

    celelalte componente ale amstecului. n laboratoarele de chimie s-au dezvoltat

    diverse metode de separare i purificare a subsanelor ce folosesc cel mai

    frecvent diferenele n proprieti fizice ale componentelor unui amestec. Cele

    mai utilizate tehnici de separare i purificarea substanelor sunt:

    1. Sublimarea implic nclzirea unui solid i trecerea lui direct din

    faza solid n faza gazoas. Procesul invers, n care vaporii trec direct din

    starea gazoas n stare solid far a trece prin starea intermediar lichid poart

    numele de condensare sau depozitare. Exemple de substane care sublimeaz:

    iodul, cafeina i paradiclor-benzenul.

    2. Evaporarea este procesul de nclzire a unui amestec pentru a

    elimina, sub form de vapori unul dintre componenii amestecului.

    3. Cristalizarea - este procesul de formare a cristalelor n soluie sau

    mai rar ntr-o atmosfer saturat n vapori. Tehnica permite separarea unui

    compus solid dizolvat ntr-o faz lichid prin modificarea solubilitii acestuia.

    Cel mai frecvent, solubilitatea se modific prin rcirea soluiei sau prin

    evaporarea solventului.

    4. Precipitarea implic formarea unui solid n soluie ca urmare a

    unei reacii chimice sau a aciunii unui factor fizic (temperatur, pH). Substana

    solid format poart numele de precipitat. Acesta poate fi apoi separat de

    lichid fie prin decantare, fie prin filtrare.

  • Baze teoretice ale chimiei

    25

    5. Extracia folosete un solvent pentru a dizolva selectiv un

    component al unui amestec solid. Prin acest tehnic un solid poate fi separat

    de un alt compos solid insolubil in solventul utilizat.

    6. Decantarea implic separea unui lichid de un sediment solid

    insolubil. Lichidul este turnat cu atenie din vas fr a deranja faza solid.

    7. Filtrarea implic separarea unui solid de un lichid prin utilizare

    unui filtru din material poros. Filtrul permite trecerea lichidului, dar nu i a

    particulelor solide care rmn n partea superioar a acestuia. Hrtia, crbunele

    sau nisipul sunt exemple de materiale ce pot fi utilizate ca filtre. Filtrarea poate

    fi simpl, atunci cnd lichidul trece prin filtru doar sub influena gravitaiei

    (figura 5) i filtrare la vid, cnd lichidul trece forat prin filtru datorit aciunii

    unei pompe de vid. Figura 4. Confecionarea unui filtru simplu de hrtie (A) i

    filtrarea simpl (B)

    Figura 4. Confecionarea unui filtru simplu de hrtie (A) i filtrarea simpl (B)

  • Baze teoretice ale chimiei

    26

    8. Distilarea este o metod de separare a lichidelor bazat pe

    diferenele de volatilitate a acestora. Cnd un lichid este nclzit i ajunge la

    punctul de fierbere genereaz vapori. Acetia sunt apoi colectai i condensai

    la o temperatur sczut, obinndu-se astfel lichidul pur. Dac un amestec

    conine un component cu o temperatur de fierbere mai mic, acesta se va

    distila primul i va putea fi colectat. Componentele cu punct de fierbere mai

    nalt nu se vor evapora i vor rmne n flacon. Abia dup ce primul

    component a fost complet eliminat din amestec, prin aplicarea unei cantiti

    suplimentare de cldur i componentele cu punte de fierbere mai mari vor

    ncepe s fiarb i s se distile.

    5. Soluii

    5.1. Determinarea masei substanelor

    Determinarea masei substanelor se efectueaz prin operaia numit

    cntrire cu ajutorul unor dispozitive numite balane.

    n funcie de metoda de lucru impus de protocolul experimental i

    implicit de necesitatea preciziei se folosesc diferite tipuri de balane. Din punct

    de vedere al sensibilitii balanele pot fi clasificate n:

    balane tehnice, cu sensibilitate de pn la 1x10-2g;

    balane farmaceutice, cu sensibilitate de pn la 1x10-3g;

    balane semimicroanalitice, cu sensibilitate de pn la 1x10-5g;

    balane analitice, cu sensibilitate de la 1x10-4 pn la 1x10-5g;

    balane microanalitice, cu sensibilitate de pn la 1x10-6g

    balane ultramicroanalitice, cu sensibilitate de pn la 1x10-7g

  • Baze teoretice ale chimiei

    27

    n cadrul lucrrilor practice de chimie i biochimie se folosesc: balana

    tehnic i balana analitic.

    Balana tehnic, la care se pot executa cntriri de ordinul

    centigramelor, este compus din: prghie cu brae egale montat pe un picior

    central; talere; ac indicator; scal gradat.

    Pentru efectuarea cntririi se verific n primul rnd starea de echilibru

    a balanei. n continuare, obiectul de cntrit se aeaz pe talerul din stnga, iar

    pe talerul din dreapta se pun greuti, cu ajutorul pensetei, pn la echilibrare.

    Masa substanei este reprezentat de suma greutilor de pe talerul din partea

    dreapt.

    Balanele analitice se folosesc pentru cntriri de mare precizie. Din

    punct de vedere al construciei se clasific n:

    1. balane analitice cu oscilaii libere;

    2. balane analitice cu amortizare (sunt prevzute cu un sistem de

    pistoane care amortizeaz oscilaiile balanei dup 10 15 secunde);

    3. balane analitice cu cutie de greuti;

    4. balane analitice prevzute n interior cu greuti i cu sistem de

    manevrare a acestora din exterior.

    Balanele analitice sunt protejate prin perei de sticl, pentru a fi izolate

    de micarea aerului, de respiraia celui care cntrete etc.

    Trusa de greuti

    Greutile analitice se pstreaz n cutii speciale din lemn sau material

    plastic. Greutile sunt construite din materiale speciale.

    Cntrirea substanelor chimice

  • Baze teoretice ale chimiei

    28

    Substanele care nu sunt afectate prin expunere la aer pot fi cntrite pe

    sticl de ceas. n acest scop se cntrete nti sticla de ceas, curat i uscat; se

    scoate de pe talerul balanei i se adaug pe ea, cu ajutorul unei spatule,

    poriuni din substana de cntrit.

    Substanele chimice care sunt afectate de umezeal, CO2, sau O2 se

    cntresc n fiole de cntrire.

    Reguli de cntrire

    - Balana nu se ncarc niciodat peste sarcina maxim indicat de

    constructor.

    - Pe talerul balanei nu se aeaz obiecte calde, fierbini sau reci.

    Obiectul de cntrit trebuie s aib temperatura camerei.

    - nainte de verificarea punctului zero este bine ca talerele balanei s

    fie terse cu o pan degresat, mai ales atunci cnd la aceeai balan lucreaz

    mai multe persoane.

    - naintea cntririi, ca i dup aceea, trebuie s se verifice punctul

    zero.

    - Aezarea obiectului de cntrit i a greutilor pe talerele balanei,

    se face numai dup ce aceasta a fost blocat cu ajutorul opritorului.

    - Aducerea substanei de cntrit pe sticla de ceas, sau n fiol, se face

    numai dup ce acestea au fost scoase din incinta balanei.

    - Dup aezarea obiectului i a greutilor, uile incintei balanei se

    nchid i abia dup aceea se ncepe cntrirea.

    - Deschiderea i nchiderea opritorului balanei se face lent i

    continuu.

    - Se evit oscilaia talerelor balanei. Pentru aceasta obiectele se pun

    pe mijlocul talerelor. Dac, totui, la deschiderea balanei talerele oscileaz,

  • Baze teoretice ale chimiei

    29

    este necesar s o nchidem ncet, apoi s o redeschidem. Operaia se repet de

    cteva ori pn ce talerele nu mai oscileaz.

    - Greutile din trus se manevreaz numai cu penseta.

    - Dup terminarea cntririi se scot greutile i se introduc n trusa

    de greuti, se cur talerele balanei i se nchid uile incintei balanei.

    5.2. Prepararea i caracterizarea unor soluii

    Se numete soluie un amestec omogen alctuit din dou sau mai multe

    substane, care formeaz o singur faz (gazoas, lichid, sau solid). Substana

    care predomin din punct de vedere cantitativ se numete solvent (dizolvant),

    iar substana care se gsete n cantitate mai mic se numete solvat (substan

    dizolvat).

    Proprietatea unei substane de a se dizolva ntr-un anumit dizolvant se

    numete solubilitate. Exist o anumit concentraie maxim pn la care poate

    crete cantitatea de substan dizolvat ntr-un lichid la o anumit temperatur

    dat. O soluie care conine cantitatea maxim de substan dizolvat, se

    numete soluie saturat. ntr-o soluie saturat, la temperatura respectiv nu se

    mai dizolv o nou cantitate de substan adugat.

    Concentraia unei soluii reprezint mrimea care exprim raportul dintre

    cantitatea de substan dizolvat i cantitatea sau volumul de solvent (dizolvant)

    sau de soluie obinut.

    Concentraia procentual masic (gravimetric) (c%) se exprim

    n grame de substan dizolvat n 100 grame soluie i se calculeaz dup

    formula:

  • Baze teoretice ale chimiei

    30

    c% = md/ms x 100

    unde: md = masa de substan dizolvat (g)

    ms = masa de soluie (g)

    Exemplu: s se exprime n procente concentraia soluiei format din 240 g

    ap i 60 g clorur de sodiu.

    c%=60/300 x 100=20%

    Observaie: la calcularea concentraiei procentuale a srurilor

    reprezentnd cristalohidrai se ine seama de apa de cristalizare.

    Concentraia procentual volumic (% vol.) se exprim n ml

    substan lichid sau gazoas la 100 ml soluie. Se exprim prin aceeai

    formul, folosind ns mrimile Vd (volumul substanei dizolvate) i Vs

    (volumul soluiei).

    Titrul (T) reprezint masa de substan dizolvat, exprimat n grame,

    coninut ntr-un mililitru de soluie.

    Concentraia molar (molaritatea) reprezint numrul de moli

    (molecule-gram) de substan dizolvat n 1000 ml soluie. Se calculeaz dup

    formula:

    m (sau M) = md/M x Vs

  • Baze teoretice ale chimiei

    31

    unde: md = masa de substan dizolvat (g)

    Vs = volumul de soluie n litri

    M = masa molecular a substanei

    Exemplu: o soluie coninnd 80 g NaOH n 500 ml soluie va avea

    concentraia molar:

    m = 80/40 x 0,5 = 4

    Concentraia normal (normalitatea) reprezint numrul de

    echivaleni gram de substan dizolvat n 1000 ml soluie. Se calculeaz dup

    formula:

    n (sau N) = md/E x Vs

    Exemplu: o soluie coninnd 20 g NaOH n 2000 ml soluie va avea

    concentraia normal:

    n = 20/40 x 2 =0,25

    Echivalentul gram reprezint cantitatea de substan care reacioneaz sau

    nlocuiete n reacia respectiv un echivalent gram de protoni.

    La acizii monobazici (HCl, HNO3) echivalentul gram este egal cu masa

    molecular (de exemplu: EgHCl = 36,5/1; EgHNO3 = 63/1).

    La acizii polibazici echivalentul gram se calculeaz dup numrul

    atomilor de hidrogen capabili s reacioneze (de exemplu: EgH2SO4 = 98/2;

    EgH3PO4 = 98/3).

  • Baze teoretice ale chimiei

    32

    La baze echivalentul gram se calculeaz fcnd raportul ntre masa

    molecular a bazei i numrul gruprilor OH (de exemplu: EgCa(OH)2 = 74/2;

    EgNaOH = 40/1).

    La sruri echivalentul gram este raportul ntre masa molecular i

    produsul ntre valena metalului i numrul atomilor de metal din molecula

    respectiv (de exemplu: EgCuSO4 = 160/2x1=80).

    n cazul reaciilor de oxido-reducere echivalentul gram se calculeaz

    din raportul dintre masa molecular i numrul de electroni cedai respectiv

    acceptai.

    Regula amestecurilor este utilizat la prepararea soluiilor de o

    anumit concentraie, pornind de la dou soluii de concentraii diferite, una de

    concentraie mai mare i cealalt de concentraie mai mic, sau pornind de la o

    soluie de anumit concentraie i o nou cantitate de solvent.

    Cantitile de soluii care se amestec sunt invers proporionale cu

    valorile diferenelor dintre concentraiile lor i concentraia soluiei obinute.

    Expresia matematic a acestei reguli se poate exprima prin aa numita regul a

    dreptunghiului. n centrul dreptunghiului, la intersecia diagonalelor, se scrie

    concentraia soluiei de preparat, c, n vrfurile din stnga se nscriu

    concentraiile soluiilor de plecare (concentraia mai mare, a, sus iar cea mic,

    b, jos) se scad cifrele de pe diagonal (cifra cea mai mic din cea mai mare) i

    se nscriu rezultatele obinute n prelungirea diagonalelor respective, adic n

    vrfurile din dreapta. Cifrele respective reprezint cantitile necesare n grame

    de fiecare soluie.

  • Baze teoretice ale chimiei

    33

    a gA gA = c - b

    c

    b gB gB = a - c

    5.3. Soluii etalon

    5.3.1. Soluii de normalitate exact

    Substanele etalon sunt acele substane de la care prin cntrire i

    aducere la un volum cunoscut se obin soluii de normalitate exact sau

    soluii etalon. Substana etalon se numete i titrosubstan sau substan de

    referin i trebuie s aib urmtoarele caracteristici:

    s aib formula bine definit;

    s fie stabil n condiiile de lucru;

    s aib un echivalent ct mai mare pentru a evita erorile de

    cntrire;

    s fie pur;

    soluiile rezultate s nu se descompun n timp.

    Acidul oxalic, dicromatul de potasiu, bromatul de potasiu reprezint

    doar cteva exemple de substane etalon.

    Pentru prepararea unei soluii de normalitate exact se procedeaz

    astfel: se cntrete la balana analitic cu precizia 10-4g, cantitatea de

    substan etalon rezultat din calcul, corespunztoare normalitii dorite, apoi

    substana cntrit se trece cu grij, prin intermediul plnieii al pisetei, n

    balonul cotat ales pentru prepararea soluiei. Se spal bine sticla de ceas pe care

  • Baze teoretice ale chimiei

    34

    s-a cntrit substana, apoi plnia, dup care se adaug ap distilat pn se

    ocup circa 1/3 din volumul balonului. Se agit coninutul balonului pn la

    dizolvarea complet a substanei i se aduce volumul la semn. Spunem c

    balonul cotat a fost adus la semn atunci cnd meniscul soluiei este tangent

    inferior la cot.

    Factorul volumetric al soluiilor de normalitate exact este egal cu

    unitatea.

    Soluiile etalon, de concentraie cunoscut, sunt folosite n analiza

    volumetric pentru stabilirea titrului soluiilor de normalitate aproximativ,

    pentru ca i acestea s se poat folosi ulterior n analiz.

    5.3.2. Soluii de normalitate aproximativ

    Aceste soluii se prepar din substane care nu ndeplinesc condiiile

    impuse substanelor etalon (KOH, NaOH, KMnO4, Na2S2O3 etc.)

    Prepararea unei soluii de normalitate aproximativ nu necesit

    exactitate - ca n cazul soluiilor etalon - n efectuarea operaiilor de preparare.

    Cantitatea de substan rezultat din calcul se cntrete la balana tehnic apoi

    se aduce cantitativ n sticla n care trebuie preparat soluia; n acest mod se

    obine o soluie mai diluat sau mai concentrat dect soluia de normalitate

    exact.

    Deoarece soluiile normale sunt prea concentrate pentru titrrile

    curente, n practic, se folosesc soluii decinormale (0,1n). Determinarea

    concentraiei unei soluii de normalitate aproximativ se face prin titrarea ei cu

    o soluie etalon.

  • Baze teoretice ale chimiei

    35

    5.4. Calculul factorului i titrului unei soluii

    Factorul de normalitate F al unei soluii este numrul care ne arat de

    cte ori soluia aproximativ este mai concentrat sau mai diluat dect soluia

    de normalitate exact. Aceasta se poate determina prin titrare sau prin calcul:

    F = Treal/ Tteoretic

    La soluiile de normalitate aproximativ, F>1 sau F

  • Baze teoretice ale chimiei

    36

    determina cantitativ substana A. n volumetrie, soluia de reactiv se adaug n

    proporie stoechiometric (echivalent).

    n analiza volumetric se folosesc numai acele reacii care ndeplinesc

    condiiile:

    sunt cantitative (practic complete) - conform stoechiometriei

    reaciei - i conduc la un produs de reacie stabil, cu compoziie

    definit i fr reacii secundare;

    decurg cu vitez mare (viteza se poate mri prin ridicarea

    temperaturii, adugare de catalizatori):

    punctul de echivalen se poate observa i stabili exact;

    reactivul este stabil n timp.

    Metodele volumetrice se clasific dup mai multe criterii:

    A. dup modul de desfurare a titrrii:

    titrare direct - titrarea soluiei de analizat cu o soluie de concentraie

    cunoscut;

    titrarea indirect - soluia de analizat nu reacioneaz cu soluia titrat,

    de aceea se adaug n exces o alt soluie titrat ce reacioneaz cu substana iar

    excesul se retitreaz cu soluia de concentraie cunoscut;

    titrarea prin substituie - soluia de analizat nu reacioneaz cu soluia

    de concentraie cunoscut, de aceea se transform ntr-o combinaie chimic

    care poate fi apoi titrat cu soluia de concentraie cunoscut.

    B. dup tipul de reacie dintre reactiv i substana de analizat:

    volumetrie prin reacii de neutralizare;

    volumetrie prin reacii redox

  • Baze teoretice ale chimiei

    37

    volumetrie prin reacii de precipitare

    volumetrie prin reacii cu formare de compleci

    Operaia de adugare treptat la soluia de analizat a unui volum

    msurat de soluie a reactivului de concentraie cunoscut pn la punctul de

    echivalen se numete titrare. Cel mai frecvent operaia de titrare se

    realizeaz cu ajutorul biuretei (figura 5), un aparat asemntor cu pipeta dar

    care prezint n partea inferioar un robinet pentru reglarea debitului. De

    asemenea, spre deosebire de pipete, biuretele sunt gradate cu diviziunea de 0

    n partea inferioar. Pentru buna funcionare a robinetelor din sticl a

    biuretelor, acestea trebuie foarte bine curate dup fiecare folosire i gresate

    cu vaselin special. Acest lucru permite ns contaminarea cu vaselin a

    soluiilor din biuret, din acest motiv n ultima perioad preferndu-se

    utilizarea biuretelor cu robinete din teflon.

    Figura 5. Titrarea.

    A. Modul de amplasare a

    biuretei si realizarea titrarii

    B. Citirea corecta a biuretei

  • Baze teoretice ale chimiei

    38

    Reguli de lucru cu biuretele:

    biuretele trebuie s fie foarte curate i anume: prin curgerea lichidului

    pereii biuretei trebuie acoperii cu o pelicul de lichid; formarea picturilor de

    lichid arat c sticla nu este curat (este gras).

    n timpul lucrului, biuretele se fixeaz vertical n stativ.

    nainte de orice titrare, biureta se umple pn sus cu soluia de msurat.

    Prin rotirea robinetului se aduce partea inferioar a meniscului, n cazul

    soluiilor incolore, sau partea superioar, n cazul lichidelor colorate, tangent

    la planul orizontal din dreptul diviziunii zero.

    nainte de a aduce biureta "la zero" captul de jos al biuretei, mai sus i

    mai jos de robinet trebuie s fie complet umplut cu soluie , fr bule de aer.

    Viteza de curgere a lichidului n biuret nu trebuie s fie prea mare, pentru a

    permite lichidului care ader pe perei s se scurg.

    pentru a evita eroarile, la citirea gradaiilor de pe biuret, raza vizual a

    observatorului trebuie s se gseasc la nlimea meniscului care s fie tangent

    la planul trasat pe diviziunea respectiv.

    Momentul titrrii care corespunde cantitii echivalente de reactiv

    adugat se numete punct de echivalen. El poate fi determinat prin diverse

    metode chimice sau fizico-chimice, dar cel mai frecvent cu ajutorul substane

    organice ajuttoare numite indicatori ale cror transformri chimice sunt

    nsoite n preajma punctului de echivalen de modificri uoare perceptibile

    cum sunt schimbarea de culoare funcie de pH-ul mediului, separarea de

    precipitat etc. Dac la stabilirea punctului de echivalen se ia n considerare

    schimbarea unei proprieti fizico-chimice sistemului soluie de analizat -

    reactiv, metodele respective formeaz obiectul volumetriei fizico-chimice.

  • Baze teoretice ale chimiei

    39

    Operaia de titrare se execut astfel: se msoar cu biureta ntr-un

    flacon Erlenmeyer cu gatul larg, un anumit volum de soluie de concentraie

    cunoscut, se dilueaz cu ap distilat pn la un volum de circa 100 cm3

    i se

    adaug cteva picturi din soluia de indicator. Se umple o alt biuret cu

    soluia a crui titru (concentraie) urmeaz s fie stabilit; din aceasta, se

    adaug treptat la soluia pregtit n flaconul Erlenmeyer, pn la schimbarea

    culorii indicatorului. La nceputul titrrii adugarea soluiei se face mai repede,

    iar ctre sfritul acesteia, pictur cu pictur. n tot timpul titrrii soluia se

    agit prin rotirea flaconului. Dac rmn picturi pe gtul sau pereii

    flaconului, acestea se spal imediat cu ap distilat din piseta.

    Titrarea se consider exact dac schimbarea de culoare a soluiei titrate

    la sfritul determinrii, are loc la adugarea unei singure picturi n plus din

    soluia de concentraie cunoscut peste punctul de echivalen. La titrarea

    fiecrei soluii se fac cel puin trei determinri, ntre care nu trebuie s existe o

    diferen mai mare de 0,05 cm3 .

    6.1. Volumetria prin reacii de neutralizare

    Reaciile de neutralizare sau reaciile acido-bazice sunt reaciile dintre

    un acid i o baz. Conform teoriei lui Brnsted-Lowry acizii sunt compuii ce

    au capacitatea de a ceda protoni (ioni de H), iar bazele sunt compuii care

    accept protonii cedai.

    Apa are caracter amfoter, putnd funciona att ca cid ct i ca baz,

    conform reaciei:

    H2O + H2O H3O+ + OH-

    ap ap ioni ion

  • Baze teoretice ale chimiei

    40

    hidroniu hidroxil

    n apa pur, echilibrul reaciei este puternic orientat spre dreapta, adic

    numrul de ioni hidroniu i hidroxil este foarte mic. Mai exact, doar 1 x 10-7

    moli de hidroniu i 1 x 10-7 moli de hidroxil sunt prezeni ntr-un litru de ap

    la echilibru. Pentru a msura puterea unei soluii acide sau bazice, P. L.

    Sorensen a introdus in 1909 noiunea de pH.

    pH= - log[H3O+]

    n apa pur, unde concentraia de hidroniu este de 1 x 10-7 moli/L,

    log[1 x 10-7]=-7, deci pH=-(-7)=7. Aceast valoare de pH este considerat

    neutr, valori mai mici de 7 nsemnnd concentraii mari de hidroniu i deci

    mediu acid. Valori mai mari de 7 nseamn concentraii mai mici de 1 x 10-7

    moli/L de ioni hidroniu, adic mediu bazic (figura 5).

    pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    Concentraia

    hidroniu

    (moli/L)

    1

    0.1

    0.0

    1

    0.0

    01

    10

    -4

    10

    -5

    10

    -6

    10

    -7

    10

    -8

    10

    -9

    10

    -10

    10

    -11

    10

    -12

    10

    -13

    10

    -14

    mediu acid neutru bazic

    Figura 5. Scara de pH folosit pentru aprecierea caracterului unei

    soluii

    pH-ul unei soluii poate fi determinat folosind diverse metode, dar cele

    mai simple presupun folosirea unui indicator de pH sau a unui dispozitiv

    specific numit pH-metru. Un indicator de pH este un compus care i schimb

  • Baze teoretice ale chimiei

    41

    culoarea funcie de concentraiea de ioni hidroniu, deci de valoare de pH. Cei

    mai utilizai indicatori acido-bazici sunt prezentai n tabelul V.

    Tabelul V. Cei mai utilizai indicatori acido-bazici

    Indicator Schimbarea

    culorii

    de la ..... la

    Interval

    de

    viraj pH

    Prepararea

    soluiei

    indicator

    Metiloranj rou-galben 3,1 - 4,4 0,5g n 100 cm3

    ap

    Rou de metil rou-galben 4,2 - 6,2 0,2g n 100 cm3

    alcool

    Rou Congo albastru-rou 3,0 - 5,0 0,1g n 100 cm3

    ap

    Albastru de brom-timol

    (sare de sodiu)

    galben-albastru 6,2 - 7,6 0,1g n 100 cm3

    ap

    Rou neutral rou-galben 6,8 - 8,0 0,1g n 70 cm3

    alcool i 30 cm3

    ap

    Turnesol rou-albastru 5,0 - 8,0 1,9g n 100

    cm3alcool

    Fenolftalein incolor-roz

    violaceu

    8,2 - 10,0 1g n 100 cm3alcool

    Timolftalein incolor - albastru 9,4 - 10,6 0,1g n 100 cm3

    alcool

    Dup cum se poate observa, fiecare indicator i schimb culoarea pe un

    interval specific de pH, el neputnd fi utilizat dect n acel domeniu strict. Din

    acest motiv au fost introdui indicatorii universali constnd dintr-un amestec

    de indicatori alei n asa fel nct s prezinte un viraj de culoare continuu pe

    intervalul de pH 2-10. Cel mai frecvent, acesti indicatori universali sunt

  • Baze teoretice ale chimiei

    42

    impregnai ntr-o band de hartie formnd hrtia indicatoare de pH. De reinut

    este c hrtia indicatoare de pH este deosebit de simplu de utilizat dar are o

    acuratene mult mai mic dect un pH metru.

    Soluii tampon

    Soluia unui acid slab cu baza s-a conjugat sau a unei baze slabe cu

    acidul conjugat are proprietatea de a menine pH-ul constant la adugarea unor

    cantiti mici de acizi sau baze tari. Aceast proprietate a fost observat pentru

    prima dat de Fernbach i Hubert (1900) care au numit-o capacitate de

    tamponare. Soluiile ce au aceast proprietate poart numele de soluii tampon.

    O soluie tampon este alctuit aadar din o pereche acid-baz conjugat sau

    baz-acid conjugat i se caracterizeaz prin doi parametri importani:

    - concentraia celor doi constitueni (explimat n general ca i

    concentraie molar) de care depinde cantitatea de acid sau baz care se poate

    aduga fr ca pH-ul s se schimbe

    - intervalul de pH n care funcioneaz soluia tampon parametru

    important, funcie de care se alege utilizarea unuia sau a altui sistem tampon

    (tabelul V)

    Tabel VI. Sisteme tampon frecvent utilizate

    Sistem tampon Interval de pH pe care se poate utiliza

    Citrat de Na / HCl 1 - 5

    Acid citric / Citrat de Na 2.5 - 5.6

    Acid acetic / acetat de Na 3.7 - 5.6

    K2HPO4 / KH2PO4 5.8 - 8

    Na2HPO4 / NaH2PO4 6 - 7.5

    Borax / NaOH 9.2 - 11

  • Baze teoretice ale chimiei

    43

    6.1.1. Prepararea unei soluii tampon fosfat de potasiu 0.1 M

    Soluia tampon fosfat de K este foarte frecvent utilizat n biologie i

    biochimie n special datorit capacitii mari de tamponare i uurinei de

    preparare. Principalul dezavantaj ale acestui sistem tampon l constituie faptul

    c ionii fosfai pot inhiba diverse reacii enzimatice i procese chimice. De

    asemenea ionii fosfati chelateaza ionii de Ca2+

    si Mg2+

    .

    Materiale necesare: soluie KH2PO4 1 M (136 g n 1 L ap distilat),

    soluie K2HPO4 1 M (174 g n 1 L ap distilat), balon cotat 1000 ml,

    baloane cotate

    Mod de lucru:

    ntr-un balon cotat de 1000 ml, soluiile de KH2PO4 1 M i K2HPO4 1

    M se combin n volumele specificate n tabel pentru a obine pH-ul

    corespunztor, dup care se aduce la semn cu ap distilat. Dac sunt necesare

    concentraii mai mari, se mrete proporional volumele soluiilor de KH2PO4

    i K2HPO4 (de exemplu, pentru a obine 1000 ml de soluie tampon fosfat 0,5

    M pH 7.0 se vor combina 61,5 x 5=307,5 ml soluie KH2PO4 1M i 38,5 x 5 =

    192,5 ml soluie K2HPO4 1 M dup care se aduce la 1000 ml cu ap distilat).

    Tabelul VII. Prepararea unuei solutii tampon fosfat de potasiu

    pH Volum soluie KH2PO4

    1 M (ml)

    Volum soluie K2HPO4

    1 M (ml)

    5.8 8.5 91.5

    6.0 13.2 86.8

    6.2 19.2 80.8

    6.4 27.8 72.2

    6.6 38.1 61.9

  • Baze teoretice ale chimiei

    44

    6.8 49.7 50.3

    7.0 61.5 38.5

    7.2 71.7 28.3

    7.4 80.2 19.8

    7.6 86.6 13.4

    7.8 90.8 9.2

    8.0 94.0 6.0

    6.1.2. Prepararea unei solutii tampon universal

    Soluiile tampon universale sunt soluii tampon care au un interval de

    tamponare foarte larg, care cuprinde att zona de pH acid ct i cea bazic.

    Materiale necesare: acid citric, KH2PO4, acid boric, acid tio-barbituric,

    NaOH 0,2M, balon cotat de 1L, cilindri gradai

    Mod de lucru

    Intr-un balon cotat de 1L se dizolva 6,008 g de acid citric, 3. 893

    KH2PO4, 1, 796 g acid boric i 5,266 g acid tio-barbituric. 100 ml din aceast

    soluie se combin cu volumul X indicat n tabel de NaOH 0,2 M pentru a

    obine o soluie cu pH-ul specificat.

  • Baze teoretice ale chimiei

    45

    6.1.3. Prepararea i titrarea unei soluii de hidroxid de sodiu (NaOH) 0,1N

    n chimia analitic soluiile normale au concentraii care variaz n

    funcie de metoda pentru care sunt utilizate. Prepararea unei soluii de

    normalitate aproximativ nu necesit exactitate n efectuarea operaiilor de

    preparare ca n cazul soluiilor etalon.

    Hidroxidul de sodiu nu este ndeplinete condiiile de substan etalon

    deoarece nu este stabil datorit higroscopicitii crescute (absoarbe vaporii de

    ap din atmosfer) i a carbonatrii (absorbind uor dioxidul de carbon). Din

    aceste motive din NaOH se prepar o soluie de normalitate aproximativ.

    Masa molecular a NaOH fiind 40, pentru prepararea unei soluii 0,1N, se

  • Baze teoretice ale chimiei

    46

    cntresc pe o sticl de ceas, la balaa tehnic aproximativ 4,5 - 5 g NaOH care

    se spal repede de 1-2 ori cu ap distilat (fr CO2), pentru a ndeprta stratul

    de carbonat format pe suprafaa granulelor. Granulele se introduc apoi prin

    intermediul unei plnii ntr-un balon cotat de 1 litru (n care se afl aproximativ

    500 ml ap distilat), se agit bine pn la complet dizolvare a substanei, apoi

    se completeaz pn la semn cu ap distilat i se agit pentru omogenizarea

    soluiei.

    Determinarea concentraiei unei soluii de normalitate aproximativ se

    face prin titrarea ei cu o soluie etalon (o soluie de referin fa de care ne

    rapotm i determinm caracteristicile soluiei analizate).

    Materiale i aparatur necesare: NaOH, acid oxalic, soluie alcoolic

    de fenolftalein 1%, flacoane Erlenmeyer pentru titrare, sticl de ceas, balon

    cotat de 1l, biuret, piset, balan tehnic, balan analitic etc.

    Modul de lucru

    Substana etalon este n acest caz acidul oxalic, care se cntrete la

    balana analitic n cantitate cuprins ntre 0,1-0,2 g dup care se preia

    cantitativ n 25-30 ml ap distilat. Se adaug 2-3 picturi de fenolftalein 1%

    i se titreaz cu NaOH aproximativ 0,1 N pn ce apare coloraia roz pal care

    se menine (persist). Se citete pe biuret, cu precizie, volumul de NaOH

    utilizat pentru titrare i se vor face cel puin 3 determinri.

    Pentru a calcula titrul soluiei de NaOH se ine seama de reacia ce a

    avut loc i de faptul c un echivalent gram de acid oxalic este M/2 = 63,034,

    care neutralizeaz un echivalent gram de NaOH (40,005g).

  • Baze teoretice ale chimiei

    47

    Notnd cu a cantitatea de acid oxalic cntrit i cu n numrul de

    mililitri de soluie NaOH utilizai la titrare rezult:

    C2 H2O4 + 2 NaOH = Na2C2O4 + 2 H2O

    1 Eg C2H2O4 x 2H2O.....................................................1 Eg NaOH

    63,034g C2H2O4 x 2H2O40,005g NaOH

    a...x

    x = ax40,005/63,034

    unde:

    x reprezint cantitatea n grame de NaOH care se afl n n ml soluie

    n n ml soluie NaOH.x g NaOH

    1ml..Tr

    Tr = x/n=ax40,005/63,034x1/n

    Pentru calcularea titrului teoretic (Tt) al NaOH 0,1N procedm

    astfel:

    0,1x40,005 g ............................ 1000 ml apa distilat

    Tt ....................................... 1 ml

    Tt = 40,005 . 0,1/1000 = 0,004 g/ml

  • Baze teoretice ale chimiei

    48

    Factorul unei soluii este numrul care ne arat de cte ori soluia

    aproximativ este mai concentrat sau mai diluat dect soluia de normalitate

    exact. Aceasta se poate determina prin titrare sau prin calcul:

    F = Treal/ Tteoretic

    Aplicaii - Dup determinarea titrului i factorului, soluia de NaOH se poate

    folosi pentru stabilirea concentraiilor unor soluii de acizi prin titrare cu soluia

    alcalin. Cunoscnd volumul de soluie acid luat n lucru, volumul de NaOH

    consumat la titrare i factorul soluiei alcaline, se poate calcula concentraia

    soluiilor acide utilizate.

    6.1.4. Prepararea i titrarea unei soluii de acid clorhidric (HCl) 0,1N

    Prepararea soluiei de HCl 0,1N

    Pentru prepararea unei soluii de HCl 0,1 N se folosete acid clorhidric

    37,23% a crui densitate este de 1,19g/cm3. Cantitatea de HCl 37,23% n care

    se afl 3,6457g HCl, se calculeaz n modul urmtor:

    37,23g HCl 100g soluie HCl

    3,6457g HCl x g soluie HCl

    x = 9,7923 g soluie HCl

    V=m/ = 9,79523/1,19 = 8,23 ml soluie HCl

    Materiale necesare: HCl concentrat, HCl 0,1N, NaOH 0,1N, fenolftalein 1%,

    flacoane Erlenmeyer pentru titrare, balon cotat de 1l, biuret etc

  • Baze teoretice ale chimiei

    49

    Modul de lucru

    ntr-un balon cotat de 1 litru se introduc, cu o pipet gradat, 8,23 ml

    soluie HCl 37,23% (pentru ca erorile n minus s fie evitate deoarece HCl este

    volatil) i apoi amestecul obinut din balonul cotat se completeaz cu ap

    distilat pn la semn. Balonul se agit pentru omogenizare.

    Stabilirea titrului soluiei de HCl 0,1N

    Titrul soluiei de HCl aproximativ 0,1N poate fi determinat cu ajutorul

    unei soluii titrate de NaOH aproximativ 0,1N.

    Modul de lucru

    n trei flacoane Erlenmeyer se msoar 10-20 ml soluie de HCl 0,1N,

    se adaug 2-3 picturi de fenolftalein 0,1% n alcool etilic. Se titreaz cu

    soluie de NaOH 0,1N pn cnd coninutul flaconului se coloreaz n roz-pal

    persistent.

    Se noteaz cu V volumul soluiei de NaOH (cu titru cunoscut),

    consumat la titrare.

    Calcularea titrului soluiei de HCl se face pe baza reaciei de

    neutralizare:

    HCl + NaOH = NaCl + H2O

    1 Eg NaOH.................................1Eg HCl

    40,005 g NaOH.36,465g HCl

    VNaOH Tr NaOH gNaOHx g HCl

  • Baze teoretice ale chimiei

    50

    x = VNaOH TNaOH 36,465/40,005 gHCl ce se gsesc n soluia de HCl

    luat n lucru:

    Vml soluie HCl .x g HCl

    1ml soluie HCl..THCl

    THCl = VNaOH TNaOH 36,465/40,005 VHCl

    Se calculeaz titrul soluiei de HCl pentru fiecare determinare n parte,

    apoi se face media aritmetic a rezultatelor obinute. Titrul mediu rezultat, este

    titrul soluiei aproximativ 0,1N de HCl.

    Pentru stabilirea factorului soluiei de HCl se folosete fie relaia:

    F = Treal/T teoretic = Treal/0,0036465

    Fie pornind de la relaia echivalenei pentru fiecare determinare:

    VHCl FHCl = VNaOH FNaOH

    FHCl = VNaOH FNaOH/VHCl

    Cu soluia astfel preparat se pot doza volumetric soluii de borax,

    amoniac, NaOH etc.

    Aplicaie: Determinarea duritii apei

  • Baze teoretice ale chimiei

    51

    Duritatea total a unei ape este dat de totalitatea bicarbonailor de

    calciu i magneziu din ap care formeaz duritatea temporar precum i de

    totalitatea srurilor de calciu i magneziu ale acizilor minerali (cloruri, sulfai)

    care formeaz duritatea total.

    Prin fierbere, duritatea temporar a apei dispare, deoarece bicarbonaii

    de Ca i Mg trec n carbonai greu solubili n ap ce se pot nltura disprnd

    astfel ca generatori de duritate.

    Ca(HCO3)2 = CaCO3+CO2+H2O

    Mg(HCO3)2 = MgCO3+CO2+H2O

    Determinarea duritii temporare

    Pentru determinarea duritii temporare a apei, se dozeaz volumetric

    bicarbonaii de Ca i Mg cu un acid tare, de obicei HCl 0,1N, dup reaciile:

    Ca(HCO3)2+2HCl = CaCl2+2CO2+2H2O

    Mg(HCO3)2+2HCl = MgCl2+2CO2+2H2O

  • Baze teoretice ale chimiei

    52

    Materiale necesare: apa de analizat, HCl 0,1N, metilorange, flacoane

    Erlenmeyer pentru titrare, biuret etc.

    Modul de lucru

    Se ia un volum de 100ml din apa de analizat, msurat precis cu biureta,

    care se titreaz, la rece, n prezen de metilorange, cu HCl 0,1N pn cnd

    culoarea indicatorului vireaz de la galben la portocaliu. Rezultatul

    determinrii se poate exprima n grade franceze (g CaCO3 la 100 000 ml ap)

    sau n grade germane (g CaO la 100 000ml ap).

    Calcularea duritii temporare n grade franceze

    CaCO3+2HCl = CO2+CaCl2+H2

    50,035g CaCO336,465g HCl

    xg CaCO3nT

    x = nT50,035/36,465

    dac la 100ml ap.xg CaCO3

    la 100 000ml ap...yg CaCO3

    y = 1 000 x grade franceze

    Calcularea duritii temporare n grade germane

    CaO+2HCl = CaCl2+H2O

    28gCaO36,465gHCl

  • Baze teoretice ale chimiei

    53

    xg CaO...nT

    x = nT28/36,465

    dac la 100ml ap. xg CaCO3

    la 100 000ml ap... yg CaCO3

    y = 1 000 x grade germane

    Determinarea direct a duritii totale (metoda Wartha-Pfeifer)

    Se precipit ionii de Ca i Mg cu un volum, n exces, cunoscut de

    soluie titrat ce conine NaOH i Na2CO3 (leie). Srurile de Ca sunt

    precipitate de ctre Na2CO3, iar cele de Mg de ctre NaOH.

    CaCl2+ Na2CO3 = CaCO3+2NaCl

    MgCl2+2NaOH = Mg(OH)2+2NaCl

    Se filtreaz precipitatul i se titreaz excesul de leie cu HCl 0,1N.

    Prepararea i titrarea soluiei de NaOH i Na2CO3 (leie)

    Materiale necesare: Na2CO3, NaOH, metilorange, flacoane Erlenmeyer

    pentru titrare, biuret etc

    Modul de lucru

    Se prepar o soluie decinormal care trebuie s conin, n echivaleni, de cca

    3 ori mai mult Na2CO3 dect NaOH:

    3 . 0,1 mol Na2CO3/4 2=3 10,6/4 2= 3,97g, cca 4g Na2CO3

  • Baze teoretice ale chimiei

    54

    1 0,1 mol NaOH/4 1=4/4=1g NaOH

    Aceste cantiti le dizolvm ntr-un litru de ap distilat, ntr-un balon

    cotat. Pentru titrarea leiei folosim HCl 0,1N n prezen de metilorange ca

    indicator, pn cnd culoarea vireaz de la galben la portocaliu-roz. Se va stabili

    n acest fel corespondena ntre 1ml leie i n ml HCl, respectiv CaO tiind c 1

    echivalent gram de HCl corespunde la 1 echivalent gram CaO.

    Exemplu de calcul

    20ml leie s-a titrat cu 18ml HCl cu T=0,004025

    20ml leie..18ml HCl

    1ml leie..x x=0,9ml HCl

    1ml leie.0,9.0,004025=0,003623g HCl

    36,465g HCl....28g CaO

    0,003623g HCl.x1g CaO

    x1 = 0,002782g CaO corespunde la 1ml leie

    Determinarea duritii totale

    Se msoar 100ml din apa de analizat exact neutralizat (folosim proba

    n care s-a determinat duritatea temporar) i se trateaz cu un exces de leie

    (cca 30ml), fierbndu-se cteva minute. Vor precipita CaCO3 i Mg(OH)2.

    Dup rcire se aduce suspensia, cantitativ, ntr-un balon cotat de 200-250ml, se

    aduce la semn, se agit bine i se filtreaz. Din filtrat se msoar 50ml i se

    titreaz excesul de leie cu HCl 0,1N n prezen de metilorange. Se fierbe

    puin soluia i dup rcire se continu titrarea pn la punctul de echivalen.

  • Baze teoretice ale chimiei

    55

    Pentru calcul vom relua exemplul de mai sus. Presupunnd c titrnd

    excesul de leie din balonul cotat de 250ml am folosit 3ml HCl 0,1N cu

    T=0,004025

    la 1ml leie.0,9ml HCl

    x ml leie3ml HCl x = 3,3ml leie exces

    n total, n balonul de 250ml, avem 5 x3,3=16,5ml leie n exces. tiind c iniial

    s-au pus 30ml leie, au reacionat cu srurile de Ca i Mg 30-16,5=13,5ml leie.

    tiind c 1ml leie..0,002782g CaO

    Atunci 13,5ml leie.yg CaO

    y=0,03756g CaO la 100ml

    ap

    Vom avea, prin urmare, 37,56 grade germane. Apa este deci foarte dur.

    Dup duritatea total apele se clasific astfel:

    Nr.

    crt.

    Tipuri de ape Duritate total (grade germane)

    1 Foarte moi 0 4

    2 Moi 4 8

    3 Mijlocii 8 12

    4 Relativ dure 12 18

    5 Dure 18 20

    6 Foarte dure Peste 30

  • Baze teoretice ale chimiei

    56

    6.2. Volumetria prin reacii redox

    Titrrile folosind reaciile redox au o importan deosebit n practic,

    fiind folosite pentru un numr un numr foarte mare de detrminri n industria

    alimentar cosmetic sau farmaceutic. Spre exemplu, cantitatea de sulfit din

    vin poate fi determinat cu ajutorul iodului, cantitatea de alcool poate fi

    msurat prin reacia ceastuia cu dichromatul de potasiu.

    Ca i n cazul titrrilor acidobazice, elementul esenial este identificarea

    punctului de echivalen. n cazul titrrilor redoz, acest poate fi identificat

    folosind:

    - un poteniometru dotat cu electrod specific

    - auto-indicatori reactivi redox folosii la titrare care sunt inteni

    colorai. Produii formai n urma reaciei redox trebuie s fie incolori, n aa

    fel nct excesul din reactivul colorat poate fi uor identificat vizual

    - amidon indicator utilizat numai n cazul reaciilor cu iodul, deoarece

    formeaz un complex intens colorat n albastru nchis - negru cu acesta

    - indicatori redox diferii de indicatorii acidobazici, sunt indicatori

    care i schimb culoare funcie de tipul mediului oxidant sau reductor (tabel

    VIII)

    Tabel VIII. Indicatori redox

    Indicatori Culoare Solutie E0

    (V)

    Forma redusa Forma oxidata

    Nitroferoina Rosu Albastru

    deschis

    1 M H2SO4 1.25

    Feroina Rosu Albastru

    deschis

    1 M H2SO4 1.06

    Acid difenil- Incolor Purpuriu Acid diluat 0.84

  • Baze teoretice ale chimiei

    57

    amin-

    sulfonic

    Difenilamina incolor violet 1 M H2SO4 0.76

    Albastru de

    metilen

    Albstru incolor 1 M acid 0.53

    6.2.1. Permanganometria

    Permanganatul de K este este un agent oxidant puternic, care datorit

    colorii intense poate s funcioneze ca un auto-indicator la titrri. Din aceste

    motive permanganatul de potasiu este intens utilizat n experimentele de chimie,

    titrrile redox prin care se msoar ntr-un fel sau altul acest compus fiind reunite

    sub numele de permanganatometrie.

    Soluia de permanganat de potasiu este stabil la temperatura camerei, dar

    cantiti mici de impuriti din apa distilat de exemplu duc la reducerea lui i

    formarea MnO2. Acesta funcioneaz ca un catalzator al reaciei de

    autodescompunere catalitic a permanganatului cu formarea unor cantiti

    suplimenatre se MnO2. Pentru a stabiliza soluia de KMnO4 este aadar absolut

    necesar ca MnO2 s fie eliminat, aceasta realizndu-se prin fierbere. Dup

    fierberea soluiei de KMnO4 aceasta se va standardiza cu ajutorul unei soluii

    etalon precum acidul oxalic.

    Prepararea i titrarea unei soluii de permanganat de potasiu (KMnO4)

    aproximativ 0,1N ()

    Determinrile volumetrice prin aceast metod au la baz o reacie de

    oxidoreducere. Reaciile de oxidoreducere, numite prescurtat redox, sunt reacii

  • Baze teoretice ale chimiei

    58

    de transfer de electroni. Oxidarea poate fi definit ca o pierdere de electroni, iar

    reducerea ca un ctig sau o acceptare de electroni.

    Dup reacia care are loc i reactivul care se ntrebuineaz se deosebesc

    permanganometria, iodometria, bromatometria, bicromatometria.

    Prepararea soluiei de permanganat de potasiu aproximativ 0,1N

    n funcie de pH-ul soluiei, Mn din KMnO4 poate accepta 5 electroni

    (mediu acid), 3 electroni (mediu bazic), 1 electron (mediu neutru),

    n mediu puternic acid anionul manganat MnO4- n care manganul este

    heptavalent accept 5 electroni trecnd n Mn divalent:

    MnO4- + 5e

    - + 8H

    + Mn

    2+ + 4H2O

    n acest caz echivalentul gram al permanganatului este raportul ntre masa

    molecular i 5:

    E KMnO4 = 158,03/5=31,606

    Materiale necesare: acid oxalic, H2SO4 diluat (1:1), KMnO4, sticl de

    ceas, balon cotat de 1l, piset, flacoane Erlenmeyer pentru titrare, biuret etc

    Modul de lucru

    Pentru prepararea unei soluii 0,1N se cntresc la balana tehnic

    aproximativ 3,1-3,2g KMnO4 pentru un litru de soluie, se completeaz cu ap

    distilat pn la 1000ml, se omogenizeaz i se pstreaz la ntuneric 7-8 zile

    pentru stabilizare. n acest interval de timp impuritile organice sau alte

    substane reductoare sunt oxidate.

  • Baze teoretice ale chimiei

    59

    Stabilirea titrului soluiei de KMnO4 aproximativ 0,1N

    Se cntresc la balana analitic 0,1-0,2g acid oxalic i se aduc cu

    ajutorul pisetei cu ap distilat ntr-un pahar. Se adaug 10ml acid sulfuric

    diluat (1:1) i se nclzete soluia la 70-800 C pentru accelerarea procesului de

    oxidare. Coninutul paharului se titreaz cu soluie de permanganat de potasiu

    (care ndeplinete rol de indicator) pn la obinerea unei coloraii roz-pal

    persistente. Agitatrea trebuie fcut intens la nceput, iar pe msur ce ionii

    Mn+7

    sunt redui la Mn+2, intensitatea se poate reduce. Dac soluia din paharul

    de titrare nu este suficient de acid, n decursul titrrii se formeaz un precipitat

    de MnO2 care trebuie dizolvat. n acest scop se mai adaug acid sulfuric diluat

    pn la dizolvarea complet a precipitatului. La titrare are loc reacia:

    2KMnO4 + 5H2 C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 10CO2

    C2O42-

    2e- 2CO2 / 5 (pierde

    electroni i se oxideaz)

    Mn7+

    + 5e- Mn

    2+ / 2 (accept

    electroni i se reduce)

    Echivalentul gram al acidului oxalic C2O4H2 x 2H2O = 126,065 / 2 = 63,034.

    Dac VKmnO4 este volumul soluiei de permanganat aproximativ 0,1N

    folosit la titrare, a este cantitatea de acid oxalic cntrit, titrul soluiei de

    permanganat de potasiu se calculeaz pe baza urmtorului raionament:

  • Baze teoretice ale chimiei

    60

    63,034 g acid oxalic reacioneaz cu31,606g KMnO4

    a g acid oxalic reacioneaz cu.x g KMnO4

    x = a.31,606/63,024

    Pentru determinarea titrului real cantitatea n grame de permanganat se

    mparte la volumul soluiei de permanganat de potasiu utilizat la titrare:

    VKMnO4.....................................x g KMnO4

    1ml.........................................Tr

    Tr = x/VKMnO4 = a.31,606/63,024. KMnO4

    Practic se fac trei determinri, se calculeaz titrul pentru fiecare

    determinare i apoi titrul mediu. Din valoarea titrului mediu se calculeaz

    factorul care este raportul dintre titrul real i titrul teoretic. Utiliznd valoarea

    titrului mediu se poate calcula normalitatea soluiei de permanganat de potasiu

    dup formula:

    N = T.1000/EKMnO4

    Aplicaie: Dozarea permanganometric a cationului Fe2+

    Cationii Fe2+

    se titreaz cu soluie de permanganat de potasiu n mediu

    de acid sulfuric. Are loc urmtoarea reacie redox:

  • Baze teoretice ale chimiei

    61

    2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 +

    K2SO4 + 8H2O

    2Fe2+

    - 2e- 2Fe

    3+ / 5

    Mn7+

    +5e- Mn

    2+ / 2

    Materiale necesare: proba de analizat (FeSO4 sau alt sare de Fe2+

    ),

    H2SO4 20%, H3PO4 90%, soluie de KMnO4 0,1N titrat, flacoane Erlenmeyer

    pentru titrare, biuret.

    Modul de lucru

    ntr-un flacon de titrare se introduce cantitativ proba de analizat (0,15-

    0,2g) cntrit exact la balana analitic, se dizolv n 80-100ml ap distilat,

    apoi se aciduleaz cu 15ml acid sulfuric 20%. Se adaug, n continuare, 5ml

    acid fosforic 90% (are rolul de a complexa cationii Fe3+, colorai n galben,

    formnd compleci incolori care nu mpiedic observarea virajului), se agit

    bine pentru omogenizare i se titreaz cu soluia de permanganat 0,1N cu titru

    cunoscut, sub agitare puternic pn cnd coninutul paharului de titrare devine

    roz-pal.

    Echivalentul gram al fierului n aceast reacie este 55,84/1g.

    Notnd cu V volumul de soluie de permanganat de potasiu utilizat la

    titrare, cu V1 volumul de soluie de analizat, cu F factorul soluiei de

  • Baze teoretice ale chimiei

    62

    permanganat de potasiu, se face urmtorul raionament pentru calculul

    cantitii de Fe din proba de analizat:

    31,606g KMnO4.55,84g Fe2+

    VTKmnOxg Fe2+

    xg Fe2+

    se afl n V1ml luai

    pentru analiz

    V1ml soluie de analizat. xg Fe2+

    100ml..yg Fe2+

    Concentraia fierului se poate exprima i n g% cnd substana de analizat este

    solid

    6.2.2. Iodometria

    Ionul I- este un agent reductor slab i va reduce agenii oxidani

    puternici. El nu se folosete ns direct n operaiile de titrare n principal

    datorit unui sistem eficient de detecie. Atunci cnd ionul I- este n exces n

    reacie se formeaz I2 ntr-o cantitate echivalent cu agentul oxidant. I2 format

    poate fi titrat cu un agent reductor stabilindu-se astfel cantitatea de agent

    reductor existent iniial. Dac pentru I- nu exist un sistem eficient de

    detecie, pentru I2 se folosete amidonul, cu ajutorul cruia se pot detecta

    cantiti foarte mici de I2 ]ntr-o maniera simpla.

  • Baze teoretice ale chimiei

    63

    Prepararea i titrarea unei soluii de tiosulfat de sodiu (Na2S2O3)

    aproximativ 0,1N ()

    Dozrile iodometrice au la baz aciunea oxidant a iodului elementar

    care acioneaz conform reaciei:

    I2 + 2e-

    2I-

    Deoarece solubilitatea iodului n ap este mic, se lucreaz n soluii de

    iodur de potasiu. Prin dizolvarea iodului n soluie de KI se formeaz

    combinaia complex, instabil, numit triiodur de potasiu, K[I3]. De aceea n

    soluii de ioduri unde exist anionul de triiodur, I3-, reacia redox este:

    I3- + 2e

    -3I

    -

    Reaciile anionului de iodur cu unii oxidani, fiind cantitative, sunt utilizate n

    iodometrie pentru dozarea n mod direct a iodului liber sau indirect pentru

    dozarea substanelor care pun n libertate iod din ioduri. Iodul eliberat se

    titreaz de obicei cu soluii de tiosulfat de sodiu n prezena amidonului (soluie

    1%) ca indicator (coloraie albastr).

    Prepararea soluiei de tiosulfat de sodiu aproximativ 0,1N

  • Baze teoretice ale chimiei

    64

    Materiale necesare: Na2S2O3x 5H2O, KI, K2Cr2O7 0,1N, KI 20%, soluie

    iod 0,1N, HCl 4N, amidon 1%, balon cotat 100ml, flacoane iodometrice pentru

    titrare, biuret.

    Modul de lucru

    Se cntresc, la balana tehnic, 25g Na2S2O3x 5H2O (echivalentul

    gram al tiosulfatului este egal cu masa sa molecular conform reaciei de mai

    jos iar al iodului cu masa sa atomic) i se dizolv ntr-un litru ap distilat

    fiart i rcit pentru eliminarea dioxidului de carbon i oxigenului care ar

    putea descompune tiosulfatul de sodiu conform reaciilor:

    Na2S2O3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NaHSO3 +S

    Na2S2O3 + O2 = 2Na2SO4 + S

    Soluia de tiosulfat de sodiu preparat se las 8 zile pentru stabilizare i apoi se

    filtreaz sulful depus. Titrul se determin cu o soluie titrat de iod sau cu ajutorul

    unor alte soluii titrate de oxidani.

    Stabilirea titrului tiosulfatului de sodiu cu ajutorul iodului se bazeaz

    pe reacia:

    2 Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI

    I2 + 2e-

    2I-

  • Baze teoretice ale chimiei

    65

    2S2O32-

    - 2e-

    S4O62-

    Modul de lucru

    ntr-un flacon Erlenmeyer se msoar cu biureta 10-15ml soluie de iod

    0,1N, se adaug ap distila