Uvod u laboratorijski rad VOLUMETRIJSKI SUDOVI I VOLUMETRIJSKA

Uvod u laboratorijski rad VOLUMETRIJSKI SUDOVI I VOLUMETRIJSKA MERENJA Prof. Dragica Minić

VRSTE VOLUMETRIJSKIH SUDOVA I NJIHOVA PRIMENA

• Normalni sudovi, birete, menzure i pipete su volumetrijski sudovi koji se primenjuju za precizno odmeravanje date zapremine (volumena) rastvora. • Skraćenica TD (od engleskog to deliver) upisana na sudovima označava da je sud kalibrisan na izliv, odnosno na zapreminu koju oslobađa pražnjenjem. • Sa druge strane, oznaka TC (od engleskog to contain) ukazuje da je sud kalibrisan na uliv odnosno na zapreminu koju sadrži odnosno prima. • Obe oznake naravno podrazumevaju da je kalibracija izvršena na odgovarajućoj temperaturi. • Dakle, volumetrijski sudovi su označeni zapreminom, temperaturom i oznakom TC ili TD.

Normalni sudovi • Normalni sudovi su volumetrijski sudovi definisane zapremine od 1 cm 3 (1 ml) pa sve do 5 dm 3 sa kalibracionom linijom na grliću, • Primenjuju se za pravljenju rastvora: - pripremi rastvora poznate koncentracije • od tačno izmerenih masa supstancija; • - tačno razblaživanje standardnih • rastvora ili rastvora analiziranog • uzorka.

• Korišćenje normalnih sudova • Pre primene sudovi moraju biti sasvim čisti. • Za vodene rastvore može se koristiti sud ispran destilovanom vodom. • Za druge rastvore sud se mora osušiti ili isprati rastvaračem. • Supstancija koja se rastvara ili zapremina rastvora koja se razblažuje se prenosi u normalni sud uz pomoć levka. Neophodno je da sva supstancija dođe na dno normalnog suda. • Supstancije koje se teže rastvaraju treba najpre rastvoriti u čaši (uz zagrevanje po potrebi) a onda dobijeni rastvor kvantitativno preneti u normalni sud. • Volumetrijske sudove ne treba jače zagrevati, a posle blagog zagrevanje sud treba ohladiti do sobne temperature pre nego što se postupak pravljenja rastvora nastavi.

• Pri dodavanju tečnosti u normalni sud, sud treba stalno mućkati sve dok se nivo ne približi kalibracionoj liniji na grliću suda. • Ako sud i tečnost u njemu nisu na sobnoj temperaturi, usled temperaturskog širenja ili skupljanja imaćemo grešku u zapremini odnosno koncentraciji rastvora. • Na kraju, normalni sud se dopunjuje rastvaračem tako da donji menisk tečnosti bude u liniji sa kalibracionom linijom. Za ovo se koristi mala pipeta ili boca sa suženim vrhom

• Pri pravljenju rastvora treba imati u vidu da: • 1. može postojati značajna promena zapremine rastvora pri mešanju tako da je neophodno stalno mešanje tokom dodavanja rastvarača. • 2. da ako tečnost u sudu nije na sobnoj temperaturi, zapremina tečnosti će se promeniti pri hlađenju ili zagrevanju. 3. Mućkanje dopunjenog normalnog suda je prilično neefikasno. Da bi se izmešala tečnost u grliću normalnog suda treba snažno pritisnuti zapušač i nekoliko puta sud okrenuti naopako. Normalne sudove ne treba koristiti za čuvanje rastvora.

• Radi preciznosti, rastvor treba da bude pripremljen na istoj temperaturi na kojoj će biti i upotrebljen. temperaturu je moguće obezbediti stavljanjem normalnog suda u termostat. Korigovanje promene zapremine suda sa temperaturom: • gde je V zapremina suda na temperaturi t, V 20 zapremina na 20 o. C, t temperatura u o. C, zapreminski koeficijent širenja suda. • Temperaturska promena zapremine zavisi od materijala suda i prirode rastvora : - sudovi od borsilikatnog stakla menjaju zapreminu za približno 0, 001% po stepenu; - razblaženi vodeni rastvori menjaju zapreminu za 0, 025% po stepenu.

Birete • Birete su napravljene za precizno ispuštanje različitih zapremina tečnosti. • Postoje i automatske bierete sa automatskim ispuštanjem sadržaja • Najviše se koriste birete od 50 ml graduisane tako da najmanji podeok odgovara zapremini od 0, 1 ml. • Očitavanje može biti procenjeno do 0, 01 ml, imajući na umu paralaksu. • Birete zapremine 10 ml i manje imaju finije podele. • Za precizan i tačan rad sa biretama neophodno je da one uvek budu vrlo čiste. • Posle pranja biretu treba isprati rastvorom koji će se iz nje ispuštati.

• Birete imaju staklenu ili teflonsku slavinu. Mada skuplja, teflonska slavina je veoma pogodna jer se: ne mora podmazivati, može raditi i sa nevodenim rastvorima, neće blokirati pri dužem izlaganju alkalnim rastvorima. Kod staklenih slavina može se javiti: curenje usled lošeg zaptivanja ili loše podmazanosti. Za podmazivanje se koristi hidrokarbonska ili silikonsk mast. Silikonska mast se može ukloniti pomoću hloroforma ili toluena.

Pri podmazivanju staklenih slavina treba najpre ukloniti svu staru mast, uz pomoć štapića sa vatom natopljenom u aceton, obe šlifovane površine slavine treba dobro osušiti, a zatim po dužini na nekoliko mesta podmazati ih tankim slojem masti za šlifove. Treba voditi računa da se otvor na slavini ne zapuši pri podmazivanju. Posle podmazivanja deo slavine koji je izvučen vrati se u ležište i okrene se nekoliko puta. Ako je sloj masti dobro nanet, on treba da bude na dodiru šlifovanih površina proziran i uniforman.

Rukovanje biretom • Pre korišćenja za titraciju biretu nekoliko puta treba isprati rastvorom kojim će se titrovati. - slavina se zatvori, - u biretu se uspe 5 -10 ml rastvora, - bireta se uzme u ruku i dovede u skoro horizontalni položaj i rotira oko uzdužne ose. - rastvor se izlije i procedura se ponovi još 2 -3 puta Kriterijum čistoće: ako se nivo rastvora spušta ravnomerno pri isticanju i ako ne zaostaju kapljice, bireta je čista.

Očitavanje nivoa rastvora u bireti vrši se uz pomoć čitača meniska radi izbegavanja paralakse. Birete često na zadnjem delu imaju takozvanu Šelbahovu crtu (vertikalna uska plava crta na beloj pozadini) koja takođe omogućuje tačno određivanje donjeg nivoa meniska.

• Čista bireta se učvrsti na stalak • Uz pomoć kratkog levka bireta se dopuni malo iznad nulte oznake. Jako je važno da u bireti, ne bude mehurića vazduha. Bireta ne sme da ispušta sadržaj (vrh pipete se ostavi suv a onda se posmatra da li se kap formira).

• • • Kada se bireta koristi za titraciju u erlenmajeru, njen vrh treba staviti unutar grlića erlenmajera. • Poželjno je da se desnom rukom erlenmajer mućka kružnim kretanjem a da se slavinom rukuje levom rukom sa zadnje strane birete.

Spiranje kapi sa vrha birete Dodavanje indikatora

Pipete Graduisane pipete se koriste za odmeravanje malih zapremina koje nisu jednake celom broju mililitra, tačnost ovakvih pipeta oko 1 %. Volumetrijske pipete se koriste kada je potrebno izliti određenu zapreminu jednaku celom broju mililitra, postoje birete od 1, 2, 5, 10, 20, 50 ml, . Ovakve pipete imaju samo jednu oznaku za nivo koji označava deklarisanu zapreminu; tačnost je 0, 1 %. Pipete se pre upotrebe moraju oprati i isprati rastvorom čija će se zapremina izliti. Kriterijumi čistoće: - nivo tečnosti se spušta ravnomerno - kapi tečnosti ne zaostaju na zidovima pipete

Vrste pipeta

Korišćenje pipete • Pipeta se puni povlačenjem rastvora iz čaše pomoću propite. Rastvor se nikad ne sme povlačiti ustima, čak i ako se povlači destilovana voda.

• Opis i korišćenje propipete (1) dugme za stvaranje podpritiska u propipeti; (2) dugme za uvlačenje; (3) dugme za izpuštanje rastvora

Menzure • Menzure se koriste u situacijama kada nije neophodno odmeravati zapremine sa velikom tačnošću. • Podela na menzurama nije za analitičku primenu tj. menzura se ne može koristiti umesto normalnog suda ili pipete. • Menzure se izrađuju u različitim veličinama, od 5 ml pa do nekoliko litara, a tačnost podeoka koji označavaju zapreminu kreće se oko 5% i zavisi donekle od veličine menzure. • Zgodno je na vrhu menzure staviti deblji gumeni prsten kako bi se sprečilo lomljenje menzure u slučaju njenog prevrtanja.

Paralaksa • Kada se procenjuje položaj nivoa tečnosti u volumetrijskom sudu u odnosu na podelu, oko i menisk treba da budu u istoj liniji. • Podrazumeva se da je položaj volumetrijskih sudova pri očitavanju strogo vertikalan.

TAČNOST I PRECIZNOST VOLUMETRIJSKIH SUDOVA • • Tačnost volumetrijskih sudova se često izražava kroz veličinu poznatu kao tolerancija. Tolerancija je maksimalna dozvoljena greška pri proizvodnji sudova. • Maksimalna greška ukupnog ili parcijalnog kapaciteta, ml Kapacitet, ml 2 5 10 25 50 100 500 1000 Birete Pipete 0, 01 0, 02 0, 03 0, 05 0, 10 0, 01 0, 02 0, 03 0, 05 0, 08 Normalni sudovi 0, 02 0, 03 0, 05 0, 08 0, 15 0, 30

• Prema toleranciji sudovi se dele: Sudovi kvaliteta A imaju tolranciju datu u tabeli. Sudovi kvaliteta B imaju dva puta veće tolerancije od onih u tablici. Oznake kvaliteta nalaze se vidno obeležene na volumetrijskim sudovima. Posle kalibracije i sudovi kvaliteta B mogu biti isto tako dobri kao i sudovi kvaliteta A.

KALIBRACIJA VOLUMETRIJSKIH SUDOVA • Tačna zapremina se dobija merenjem mase izlivene ili ulivene tečnosti (vode ili žive) za poznatu gustinu tečnosti, uzimajući u obzir korekciju na potisak pri merenju mase. • Zapremina označena na volumetrijskim sudovima se odnosi na temperaturu od 20 o. C. • Zato je neophodna korekcija zapremine sudova zbog razlike radne temperature i temperature na koju se volumetrijska oznaka odnosi. • Vrednost korekcije zavisi od vrste stakla od koga je sud napravljen i može se izračunati ako je poznat koeficijent širenja. Pošto korekcija može varirati duž birete, zbog malih razlika u unutrašnjem prečniku birete, kalibracija treba da se vrši na svakoj petini njene zapremine. • Rezultate korekcije je zgodno prikazati grafički, kao zavisnost korekcije od zapremine.

PRANJE VOLUMETRIJSKIH SUDOVA • Rastvori za pranje volumetrijskog staklenog posuđa Rastvor Postupak Vruć 2% vodeni rastvor Napuniti sud rastvorom. Nakon pranja sud dobro isprati vodom pa zatim i destilovanom vodom. Vruća ~0, 004 M EDTA (p. H=12, za odrstanjivanje metala) Rastvor stoji u sudu do 15 minuta da bi se izbeglo nagrizanje površine suda. Nakon toga sud najpre treba isprati razblaženim rastvorom neke kiseline i na kraju destilovanom vodom Hromsumporna kiselina (snažno oksidaciono sredstvo) Koristi se topla ili hladna (desetak sati). Sud se napuni do polovine a onda mućka lagano tako da cela unutrašnja površina dođe u kontakt sa rastvorom. Kad se pere bireta, treba je napuniti do vrha. Nakon pranja hromsumpornom kiselinom sudove najpre treba isprati dobro običnom a zatim i destilovanom vodom.

Volumetrijska merenja (volumetrija) podrazumevaju određivanje zapremine rastvora poznate koncentracije potrebne za potpunu reakciju sa ispitivanom supstancijom (analitom). Određivanje se izvodi tako što se rastvoru supstancije koja se određuje (titrand ) dodaje rastvor reagensa poznate koncentarcije (titrant ) sve dok određivana supstancija potpuno ne izreaguje. Iz utrošene zapremine titranta i njegove koncentracije određuje se količina analita. Opisani postupak volumetrijske analize se naziva i titracijom. Zavisno od reakcije koja se dešava postoje: – Kiselinsko bazne titracije – Redoks titracije – Kompleksirajuće titracije – Taložne titracije

Indikatori • Indikatori služe da označe momenat kad je reakcija završena. Vizuelni inikatori reverzibilno menjaju boju u momentu kad je u titraciji dodato tačno onoliko rastvora koliko stehiometrijski odgovara količini supstancije koja se titruje, odnosno na ekvivalentnoj tački titracije. U praksi, promena boje indikatora se dešava nešto pre ili posle ekvivalentne tačke. Tačka u kojoj tokom titracije indikator menja boju zove se završna tačka titracije. Razliku ove dve vrednosti treba imati na umu kada se procenjuje greška rezultata dobijenog titracijom.

Kiselinsko bazni indikatori Kiselinsko-bazni indikatori su intenzivno obojene slabe organske kiseline ili baze koje mogu da daju odnosno primaju proton menjajući pri tome boju. Ime indikatora Boja/p. H Boja/Oblast promene boje Metil-oranž Crvena p. H < 3 Žuta p. H > 4, 5 Oranž 3 >p. H > 4, 5 Fenoftalein Bezbojan p. H < 8 Ljubičast p. H > 8 Smeša ksilen-cianola i metil-oranža Ljubičasto p. H < 3 Zeleno p. H > 3, 8 Sivo

Disocija ovih molekula može se prikazati na sledeći način: HInd + (boja kiselog oblika) H 2 O H 3 O+ + Ind- ; (boja baznog oblika) H 2 O Ind. H+ + OH(boja kiselog oblika) ili Ind + (boja baznog oblika) • gde Kind predstavlja odgovarajuću konstantu disocijacije.

Promena boje kiselo-baznih indikatora

Boja kiselinskobaznih indikatora u kiseloj sredini

Fenoftalein Kisela sredina Alakalna sredina

Kiselinsko bazna titracija sa metil oranžom kao indikatorom

Indikatori za redoks titracije Redoks indikatori imaju različitu boju u oksidovanom i redukovanom obliku. Odnos redukovanog i oksidovanog oblika određuje potencijal inertne elektrode uronjene u rastvor. Indoks + ne(boja oksidovanog oblika) Indred (boja redukovanog oblika) Potencijal elektrode pri kome indikator menja boju se naziva potencijal prelaza.

Oblast promene boje redoks indikatora Boja oksidovanog oblika Boja redukovanog oblika Feroin (1, 10 -fenantrolin) Bledo plava Crvena Difenilamin sulfonska kiselina Crveno ljubičasta Bezbojna Metilensko plavo Plava Bezbojna Indikator Potencijal promene boje V 1, 11 0, 85 0, 53 Indigo tetrasulfonat Plava Bezbojna 0, 36

Promena boje redoks indikatora

Indikatori za kompleksometrijske titracije Kompleksometrijske titracije se zasnivaju na reakcijama metalnog jona sa jednim ili više liganada. Ligandi su najčešće neutralne ili negativno naelektrisane vrste (molekuli ili anjoni) sposobne da grade koordinativne veze sa metalima. Kompleksometrijski indikatori u svom najjednostavnijem obliku su obojene supstancije koje sa metalnim jonom grade slabije veze nego sa primenjenim ligandom. Boja metal-indikator kompleksa se razlikuje od boje slobodnog indikatora. Tako, sve dok postoje nekompleksirani metalni joni, indikator je vezan za metal i rastvor ima određenu boju. Na tački ekvivalencije vezani indikator se oslobađa i boja rastvora se menja.

Promena boje indikatora MInd + (metal-indikator) boja A L (ligand) ML + (metal-ligand) Ind (indikator) boja B Indikator/Boja indikatora Jon metala p. H Boja kompleksa Eriohrom crno plav Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+, Mn 2+ 6, 3 – 11, 6 Crven Naftil azoksin S crveno-ljubičast Cu 2+, Zn 2+, Pb 2+ 3 -9 Žut Ksilenol oranž Bi 3+, Th 4+ 1, 5 - 3 Ljubičast

Indikatori za taložne titracije Taložne titracije podrazumevaju reakcije u kojima se stvara nerastvoran produkt: Ag. NO 3 + Cl- NO 3 - + Ag. Cl indikator gradi obojeni talog sa Ag+, (npr. Mohr-a metoda) Ag+ + Cr. O 42 - Ag 2 Cr. O 4 Drugi tip indikatora koji se koristi u taložnim titracijama su adsorpcioni indikatori koji je se adsorbuju na nastalom talogu menjajući svoju boju (dihlorofluorescin): Ag+ + Ag. Cl(s) + Ind (žut) Ag. Cl-Ag+ ads. Ind. (crven)