Laboratorní řád
1. Posluchači jsou povinni přicházet do cvičení včas a řádně připraveni. Musí mít
provedeny potřebné výpočty, rozumět postupu práce a znát vlastnosti látek,
se kterými budou pracovat (skupenství, toxicita, hořlavost apod.).
2. Každý posluchač musí mít vlastní přezůvky a pracovní plášť a je povinen
po celou dobu cvičení používat ochranné brýle, případně další předepsané
ochranné pomůcky (štít, rukavice apod.).
3. V laboratoři pracuje student za dozoru vedoucího cvičení nebo instruktora a
smí vykonávat jen práce související s náplní cvičení. K práci používá pouze
vyhrazený prostor a přidělené pomůcky, za něž osobně zodpovídá.
4. K vlastnímu provedení úlohy přistoupí posluchač až po kontrole aparatury učitelem
nebo instruktorem. Student nesmí svévolně měnit předepsaný postup
práce.
5. Před zahájením práce zkontroluje každý student úplnost vybavení svého pracovního
místa. Po skončení práce uvede své pracoviště do původního stavu a
předá jej instruktorovi nebo učiteli. Všechny závady a nedostatky ve vybavení
zjištěné před zahájením práce nebo v jejím průběhu neprodleně hlásí vedoucímu
cvičení.
6. V laboratoři je zakázáno jíst, pít a kouřit. Zakázáno je též použití laboratorního
nádobí k přechovávání potravin.
7. Chemikálie je zakázáno brát nechráněnou rukou; žíravé a jedovaté látky je třeba
pipetovat bezpečnostními pipetami. Při manipulaci s látkami v otevřených nádobách
(např. zkumavkách) je nutné odvrátit ústí nádoby od obličeje a je nezbytné
dbát na to, aby nesměřovalo k sousedním pracovníkům.
8. Před zahájením práce v laboratoři by měl student vedoucího informovat o svých
zdravotních problémech, které by jej případně mohly ohrozit při práci v laboratoři
(epilepsie, astma, těžší formy alergie). Podobně je potřeba pedagogický
dozor ihned informovat o všech poraněních a změnách zdravotního stavu, jako
je bolest hlavy, hučení v uších apod.
9. Všechny manipulace s látkami dýmavými a dráždivými, jedy a látkami snadno
těkavými se musí provádět v digestoři při spuštěném ventilátoru. Zde je nutné
provádět i přesypávání jemně zrnitých chemikálií (například produktů syntéz
uskutečňovaných ve cvičení).
10. Při destilaci hořlavin je nezbytné z okolí předem odstranit zásobní lahve s hořlavinami
a jiné chemikálie do bezpečné vzdálenosti a v okolí vypnout všechny
zdroje plamene (např. kahany, plamínek průtokového ohřívače apod.). Nádoby
s hořlavinami je zakázáno zahřívat přímým plamenem (i na síťce). Pro
8
zahřívání hořlavin je třeba používat vodní či jiné lázně nebo topná hnízda. Před
započetím destilace i v jejím průběhu je nutno vždy zkontrolovat přívod chladicí
vody, aby nemohlo dojít k úniku hořlavých par do okolí. Je třeba mít připraveny
pomůcky pro hašení požáru.
11. Pokud se k zahřívání používá olejová lázeň, musí se její teplota udržovat pod
bodem vznícení použitého oleje. Z tohoto důvodu musí být vždy v olejové lázni
umístěn teploměr. Vnikne-li do olejové lázně voda, je třeba přerušit zahřívání
a lázeň okamžitě vyměnit.
12. Připravené látky se musí skladovat v řádně označených nádobkách. Štítek musí
obsahovat název látky, vzorec, množství, jméno studenta a datum přípravy
vzorku.
13. Roztoky solí těžkých kovů, organická rozpouštědla jiná než ethanol, odpadní
oleje a jiné s vodou nemísitelné látky je zakázáno vylévat do výlevky. Kyseliny
a louhy je možno tímto způsobem likvidovat pouze po důkladném zředění
vodou. K likvidaci nebezpečných odpadů slouží přichystané odpadní nádoby.
Likvidace těchto odpadů se pak provádí centrálně.
14. Rozbití kusu laboratorního skla hlásí student pedagogickému dozoru v laboratoři,
který zhodnotí, zda je možno tento kus opravit nebo bude studentu určen
k náhradě. Skleněné střepy musí být odkládány do nádob zvlášť k tomu
určených. Porcelánové střepy se nesmí míchat se skleněnými odpady.
15. Použité filtry a jiný pevný odpad se ukládá do nádob k tomuto účelu určených.
16. Po skončení práce je třeba dobře očistit pracovní stoly, digestoře a další použitá
pracovní místa od zbytků chemikálií a zkontrolovat uzavření plynu, vody
a vypnutí všech elektrických spotřebičů. Rovněž je třeba zkontrolovat,
zda jsou uzavřeny a uloženy na patřičné místo nádoby s chemikáliemi. Před
odchodem předá student pracoviště instruktorovi nebo vedoucímu cvičení.
17. Práce v chemické laboratoři je zakázána těhotným ženám a matkám do konce
9. měsíce po porodu. Posluchačka je proto povinna studijnímu oddělení děkanátu
a vedoucímu cvičení oznámit graviditu a návštěvu praktika přerušit.
Pokyny pro vedení laboratorního deníku
Zápisy v laboratorním deníku musí obsahovat následující prvky a vyhovovat níže
uvedeným podmínkám:
Všeobecné požadavky
1. Používejte výhradně sešit formátu A4. Volné listy v kroužkové nebo jiné vazbě
nejsou povoleny.
9
2. Pište čitelně. Laboratorní deníky s nečitelními záznamy budou vráceny k pře-
pracování.
3. Přípravu na úlohu, pozorování a závěry pište stručně, logicky a věcně. Neopisujte
doslovně návody.
4. Každá úloha musí začínat na nové stránce.
5. Pokud má úloha více částí a některé z nich (většinou analytická stanovení)
budete provádět ve více cvičeních, vynechejte si potřebný počet stran na zápisy.
Rozpis úloh naleznete na tabuli před laboratoří nebo v Informačním systému
MU.
6. Před zahájením každého cvičení předložte laboratorní deník ke kontrole vedoucímu
cvičení. Musí v něm být vypracována příprava na úlohu daného cvičení.
Struktura zápisů v laboratorním deníku
Na stránku předcházející samotným úlohám zkopírujte dvě tabulky s fyzikálněchemickými
vlastnostmi rozpouštědel a roztoků kyselin a zásad, kterou najdete na
straně 20. Tabulku doplňte.
1. Datum konání cvičení.
2. Číslo a název úlohy. Uvádějte číslo úlohy podle skript a ne pořadové číslo daného
cvičení v semestru.
3. Vypište nebezpečné látky použité v úloze a jejich vlastnosti (jedy, hořlaviny,
karcinogeny).
4. Princip. Popište stručně a výstižně, na jakém chemickém principu je založena
daná úloha, klasifikujte typ chemické reakce. Pokud při vypracovávání úlohy
postupujete podle chemické rovnice (např. titrace, důkaz), je vždy nutné uvést
vyčíslené rovnice (pozor na koeficienty, počet molekul vody v hydrátech).
5. V přehledné tabulce uveďte molární hmotnosti použitých látek, hustoty kapalin,
indexy lomu, teploty varu, koncentrace použitých roztoků.
6. Přípravné výpočty. Uveďte zde všechny výpočty, které je nutno provést před
zahájením práce na úloze, např. výpočet navážky výchozích látek pro reakci,
příprava roztoku určité koncentrace, ředění koncentrovaných kyselin, určení limitujícího
reagentu, teoretický výtěžek v gramech a %, atd. Jsou-li součástí
úlohy analytická stanovení, například titrace, pak je nutné zde uvést jejich rovnice,
proč budou použity a o jaký typ stanovení se jedná, koncentrace a faktor
odměrného činidla, ekvivalent, výpočet navážky pro titraci.
7. Postup popište stručně až heslovitě (může být i stylem osnovy nebo vývojového
diagramu), ale musí mít logickou strukturu.
10
8. Zápis v laboratorním deníku musí také obsahovat pozorování, jehož součástí by
měly být výpočty a výsledky. Nejčastější výpočet se bude týkat praktického výtěžku
preparace, přesto vždy uveďte, čeho se daný výpočet týká. Uveďte vzorce,
dosazení (pozor na jednotky, počet platných číslic včetně platné nuly musí odpovídat
přesnosti měření), nezaokrouhlený výsledek, zaokrouhlený výsledek na
odpovídající počet platných míst a jednotky.
9. Výsledky kontroly čistoty preparátů, teploty tání. Tabulky spotřeby odměrného
činidla na titrace a výsledků.
10. Odpovědi na doplňující otázky.
Pokyny pro vypracování protokolu a jeho obsah
Protokol podává přehlednou formou zprávu o vykonané práci a jejich výsledcích.
Protokol by měl obsahovat následující části:
1. Hlavičku, která obsahuje číslo a název úlohy, datum a jméno studenta.
2. Chemickou rovnici nebo mechanismus reakce.
3. Shrnutí pracovního postupu. V tomto bodě není potřeba doslovně opisovat návod
se všemi detaily, důležité je zmínit posloupnost nejdůležitějších operací,
které byly provedeny při přípravě produktu. Navážky, množství činidel a
přesné časové údaje mohou být vynechány.
4. Přehledné shrnutí výsledků (výtěžek produktu, jeho fyzikálně-chemické charakteristiky,
výsledky analýz), nejlépe formou tabulky.
5. Závěr, ve kterém student samostatně zhodnotí svou práci a její výsledky (množství
produktu, jeho čistota, srovnání naměřených fyzikálně-chemických charakteristik
s tabelovanými hodnotami).
Podmínky pro úspěšné absolvování laboratorního cvičení
1. Laboratorní cvičení probíhá každý týden. Připravenost každého posluchače na
příslušnou úlohu laboratorního cvičení je kontrolována před zahájením cvičení
krátkým písemným testem nebo ústním přezkoušením. Pokud student prokáže
svou nepřipravenost, nebude mu umožněno ve cvičení pokračovat
a bude jej muset dokončit v termínu určeném pro nahrazování.
2. Všechny rovnice a výpočty pro danou úlohu musí mít posluchači připraveny
v laboratorním deníku před zahájením cvičení.
3. Vypracování všech úloh dle rozpisu – zameškaná cvičení musí být do pěti dnů
řádně omluvena prostřednictvím Informačního systému MU a u vyučujícího.
11
Nahrazování zameškaných úloh se bude konat ve zkouškovém období, za semestr
lze nahrazovat maximálně 2 cvičení.
4. Znalosti principů všech procvičených úloh a vlastností připravených látek. Bezchybná
znalost těchto výpočtů: stechiometrické výpočty, příprava, ředění a směšování
roztoků, výpočet obsahu prvku ve sloučenině (teoretický i z výsledků
analýzy), výpočet čistoty látky z výsledku analýzy.
5. Znalost názvosloví, struktury a základních chemických a fyzikálních vlastností
(reaktivita, rozpustnost, barva) všech ve cvičení používaných a připravených
sloučenin.
6. Podmínky pro zápočet jsou:
• Odevzdání všech preparátů v dostatečném množství a čistotě.
• Úplné a pečlivé zápisy v laboratorním deníku o provedených reakcích a experimentech
včetně výpočtů (všechny výtěžky, výsledky analýz, výsledky
vlastních pozorování, závěry) a odevzdání protokolů ke všem úlohám. Bude
důsledně vyžadováno, aby získané výsledky byly do laboratorního deníku
doplňovány průběžně (do příštího cvičení) a ne až na konci semestru.
• Úspěšné absolvování závěrečného testu, který ověří znalosti laboratorní
techniky, principů úloh a výpočtů.
• Úhrada rozbitého skla a laboratorních pomůcek. Potvrzení o zaplacení
vydá sekretářka Ústavu chemie.
12
Vzorová ukázka zpracování přípravy v laboratorním deníku
a protokolu
Návod k úloze:
Příprava ethyl-acetátu
Reakce:
H3C OH
O
H3C O
O
CH3
+ H2O+ H3C OH
H2SO4
Postup:
Do baňky o objemu 100 cm3 nalijeme 0,1 mol ethanolu a 6 cm3 koncentrované kyseliny
sírové. Baňku ponoříme do olejové lázně a postavíme destilační aparaturu se
zábrusy NZ 29/32. Na baňku nasadíme Claisenův nástavec opatřený sestupným chladičem,
na nástavec dále nasadíme zábrusové jádro, přes jehož konec je přetažen kousek
ustřižené pryžové hadice. Zábrusovým jádrem zavedeme do destilační baňky prodlouženou
trubici přikapávací nálevky tak, aby její konec zasahoval pod hladinu kapaliny
v baňce. Pryžová hadice by měla přilnout ke stěně trubice přikapávačky a zajistit tak
těsnost spoje. Po sestavení aparatury začneme lázeň vyhřívat na 140 ◦C. Mezitím si
připravíme esterifikační směs složenou z 0,9 mol ethanolu a 1 mol kyseliny octové.
Z dělící nálevky nejdříve přidáme v jedné dávce 5 cm3 této směsi a zbytek esterifikační
směsi přidáváme tak rychle, jak rychle destiluje vznikající ester. Surový ester
protřepeme třikrát 20 cm3 15% roztoku uhličitanu sodného, až se již neuvolňují bublinky
plynu (pozor na vyražení špuntu dělicí nálevky během protřepávání).
Pak následuje protřepání produktu s 20 cm3 nasyceného roztoku chloridu vápenatého
a jeho vysušení bezvodým chloridem vápenatým. Surový produkt předestilujeme
za použití aparatury s NZ 14/23 zábrusy. Sledujeme a zapisujeme teplotní průběh
destilace. Stanovíme výtěžek, změříme index lomu a produkt analyzujeme pomocí
plynové chromatografie.
Doplňující otázky:
1. Proč promýváme surový ester nejprve roztokem uhličitanu sodného, potom nasyceným
roztokem chloridu vápenatého?
2. Proč se esterifikační směs musí do reakční baňky přikapávat?
3. Jaký účel má vydestilovávání vzniklého esteru z reakční směsi?
13
Vzorový zápis v laboratorním deníku:
Ethyl-acetát
Datum: 1. února 2012
Ethyl-acetát připravíme kysele katalyzovanou esterifikací kyseliny octové ethanolem:
H3C OH
O
H3C O
O
CH3
+ H2O+ H3C OH
H2SO4
Mr = 60,05
1 mol
Mr = 46,07
0,1 + 0,9 mol
Mr = 98,08
w = 0,96
6 cm3
Mr = 88,11 Mr = 18,02
Tabelované fyzikálně chemické vlastnosti:
Látka t.t./◦C t.v./◦C ρ20/g cm−3 n20
D
Ethanol – 78,5 0,7893 1,3611
Kyselina octová – 118,5 1,0491 1,3721
Ethyl-acetát – 77,1 0,9005 1,3724
Kyselina octová – způsobuje těžké poleptání; kyselina sírová – způsobuje těžké
poleptání; ethyl-acetát – hořlavina, ethanol – hořlavina.
Výpočty:
Ethanol:
m1 = n1 · M(EtOH) = 0,1 · 46,07 = 4,61 g V1 = m1/ρ(EtOH) = 5,8 cm3
m2 = n2 · M(EtOH) = 0,9 · 46,07 = 41,46 g V1 = m2/ρ(EtOH) = 52,5 cm3
Kyselina octová:
m = n · M(AcOH) = 1 · 60,05 = 60,05 g V = m/ρ(AcOH) = 57,2 cm3
Teoretický výtěžek produktu:
m = n · M(AcOEt) = 1 · 88,11 = 88,11 g
Odpovědi na doplňující otázky:
1. Surový produkt je znečištěn nezreagovanou kyselinou octovou a ethanolem.
Promytím surového produktu roztokem Na2CO3 odstraníme kyselinu octovou,
nasycený roztok CaCl2 na sebe váže ethanol.
2. Kdybychom přidali esterifikační směs najednou do destilační baňky s kyselinou
sírovou, došlo by k velkému naředění kyseliny a tak i k poklesu její katalytické
účinnosti, což by vedlo k vydestilování výchozích látek bez jejich přeměny
na ethyl-acetát. Koncentrovaná kyselina sírová má také dehydratační účinky,
14
čímž může přispívat k posunu reakční rovnováhy v žádoucím směru. Zředěním
tato její schopnost klesne. Objem esterifikační směsi je také větší než objem
destilační baňky, tudíž by se do ní ani nevešla.
3. Kysele katalyzovaná esterifikace karboxylové kyseliny alkoholem je rovnovážná
reakce, u které není výrazně posunuta rovnováha ve prospěch produktů. Odstaňováním
produktu z reakční směsi rovnováhu posouváme žádoucím směrem.
Postup:
15
Pozorování:
• Při prvním promývání surového esteru roztokem uhličitanu sodného v dělící nálevce
došlo tlakem vzniklého CO2 k vyražení zátky a vylití části směsi obsahující
produkt.
• Teplota par při destilaci vysušeného ethyl-acetátu se pohybovala v rozmezí 75
až 77 ◦C.
• Výtěžek čistého ethyl-acetátu je 47,5 g (53 %).
• Stanovený index lomu: 1,3738.
• Plynová chromatografie předestilovaného produktu ukázala přítomnost pěti látek
ve směsi: ethyl-acetát (tr = 3,16 min, 97,5 %), ethanol (tr = 2,29 min,
1,6 %), diethylether (tr = 2,43 min, 0,7 %) a jednu neidentifikovanou nečistotu
(tr = 3,76 min, 0,2 %). Kyselina octová nebyla v produktu pomocí GC nalezena.
16
Vzorový protokol:
Ethyl-acetát
Jméno:
Hodnocení: Datum: 1. února 2012
Reakce:
H3C OH
O
H
H3C OH
O
H
H3C OH
O
H
O
H
H3C
H3C C
OH
O
OH
H
H3C
H3C C
OH
O
O
H3C
H
H
H3C O
O
H
CH3 H3C O
O
CH3
+ H–H2O
Postup:
1. Sestavil jsem destilační aparaturu, do destilační baňky jsem nalil směs koncentrované
kyseliny sírové (katalyzátor reakce) a část ethanolu. Baňku jsem v olejové
lázni zahřál na 140 ◦C a do baňky jsem přikapával směs kyseliny octové
a ethanolu. Rychlost přidávání směsi odpovídala přibližně rychlosti destilace
produktu z baňky.
2. Surový produkt jsem postupně promyl 15% roztokem Na2CO3, nasyceným roztokem
CaCl2 a produkt jsem v baňce vysušil pevným bezvodým CaCl2.
3. Po vysušení jsem produkt destiloval a zaznamenal jsem teplotu varu produktu.
Stanovil jsem výtěžek čistého produktu, stanovil index lomu a čistotu produktu
jsem ověřil pomocí plynové chromatografie.
Výsledky:
Výtěžek t.v./◦C n20
D
Teoretický Praktický %
88,11 g 47,50 g 53 % 75–77 1,3710
Závěr:
Kysele katalyzovanou esterifikací kyseliny octové ethanolem jsem připravil 47,5 g
ethyl-acetátu, což představuje 53 % teoretického výtěžku. Ethyl-acetát je těkavá kapalina
intenzívního zápachu. Identita produktu byla potvrzena stanovením indexu
lomu, teploty varu a srovnáním retenčních časů produktu a standardu na plynovém
17
chromatografu. Hodnota indexu lomu se nepatrně odchyluje od tabelované hodnoty,
což může být způsobeno použitím polychromatického světla při jeho měření nebo přítomností
nečistot. Přiložený chromatogram také ukazuje obsah nečistot v produktu
(méně než 2,5 %), mezi nečistotami byl na základě retenčních časů identifikován
ethanol a diethylether.
Ke snížení výtěžku přispěl neúplný průběh reakce (při promývání surového produktu
roztokem uhličitanu sodného docházelo k intenzívnímu vývoji oxidu uhličitého,
což naznačuje přítomnost nezreagované kyseliny octové), ztráta části produktu při
prvním promýváni roztokem uhličitanu sodného a následné čistící operace (promývání,
sušení a destilace).
18
Návody k úlohám
19
Vlastnosti rozpouštědel
Látka Vzorec M/g mol−1 t.v./◦C ρ20/g cm−3 n20
D
Aceton
Cyklohexan
Diethylether
Dichlormethan
Dimethylsulfoxid
Ethanol
n-Hexan
Methanol
Petrolether 40–60
Toluen
Hustoty a koncentrace vodných roztoků
Látka w ρ/g cm−3 c/mol dm−3
H2SO4
0,96
0,60
HNO3 0,65
HCl 0,35
NH3
0,25
0,10
H2O2
0,30
0,06
20
Příprava hydrogensíranu draselného
Reakce:
Neutralizační reakce jsou jedním z nejběžnějších způsobů přípravy solí. Ve vodném
roztoku kyselin a zásad dochází v menší (slabé kyseliny a zásady) či větší míře (silné
kyseliny a zásady) k jejich disociaci na oxoniové kationty a hydroxidové anionty. Pokud
zároveň nevzniká nerozpustná sůl, pak nejdůležitější rovnovážný proces ve vzniklém
roztoku je určen iontovým součinem vody (Kv = [H3O+]·[OH−] = 10−14). Proto
podstatou neutralizace kyseliny zásadou není přímá interakce např. K+ s HSO−
4 , ale
vždy párování H3O+ a OH− za vzniku dvou molekul vody tak, aby byla zachována
zmíněná rovnováha mezi disociovanými a nedisociovanými molekulami vody. O tom
svědčí i tepelná zabarvení různých neutralizačních reakcí, která jsou prakticky shodná
(cca −57 kJ mol−1 při 25 ◦C) a odpovídají tvorbě molekul vody z iontů. K požadované
soli pak dospějeme teprve její izolací z vodného roztoku, tedy krystalizací po
jeho zahuštění, ochlazení nebo srážení organickým rozpouštědlem, v němž je sůl málo
rozpustná.
Reagující zásadou nemusí být nutně pouze hydroxid, může se jednat o sloučeninu,
která po rozpuštění ve vodě OH− ionty poskytuje teprve druhotně, reakcí s vodou.
Příkladem je např. uhličitan draselný, který ve své struktuře sice hydroxidové ionty
neobsahuje, nicméně v důsledku hydrolýzy anointů CO2−
3 se OH− v roztoku objeví.
Podobným příkladem sloučenin, které při reakci s vodou generují OH−, mohou být
některé zásadité oxidy, iontové hydridy, nebo organické baze.
Neutralizační reakce mají význam rovněž v kvantitativní analytické chemii, kde se
využívají v odměrné (volumetrické) analýze při acidobazických titracích. Při stanovování
koncentrace kyselin se používá vodný roztok NaOH o známé molární koncentraci
a z jeho spotřeby lze pak vypočítat látkové množství, resp. molaritu stanovované kyseliny.
Nejdůležitější je zachycení tzv. ekvivalenčního bodu při titraci, tedy objemu
roztoku NaOH, který způsobí přesně vyrovnání látkových množství H3O+ a OH−
v titrační baňce. Ekvivalenci lze určit buď vizuálně – na základě změny zbarvení
acidobazického indikátoru nebo elektrochemicky – pomocí pH-metru. Je však třeba
si uvědomit, že bod ekvivalence nemusí nutně odpovídat neutrálnímu roztoku po titraci
(pH = 7) a záleží na tom, zda titrujeme slabou či silnou kyselinu. K neutrálnímu
roztoku v bodě ekvivalence dospějeme pouze při stanovení silných kyselin, zatímco
při titraci slabých kyselin z nich vzniklé soli způsobí zvýšení pH v důsledku hydrolýzy.
S ohledem na očekávané pH finálního roztoku je třeba při vizuálně kontrolované
titraci volit indikátor tak, aby jeho barevná změna nastávala právě v blízkosti tohoto
pH. V případě vícesytných kyselin přirozeně existuje několik ekvivalenčních bodů
odpovídajících neutralizaci kyseliny do prvého, druhého, popř. dalších stupňů.
Čistý hydrogensíran draselný připravíme krystalizací z roztoků, které vzniknou
reakcí hydroxidu nebo uhličitanu draselného s nadbytkem kyseliny sírové:
KOH + H2SO4 KHSO4 + H2O
K2CO3 + 2 H2SO4 2 KHSO4 + CO2 + H2O
21
Postup:
V kádince o objemu 600 cm3 rozpustíme 15,0 g K2CO3 v 15 cm3 vody a za stálého
míchání přilejeme po malých dávkách dvojnásobek vypočítaného množství 60% roztoku
H2SO4. Obsah kádinky přitom silně kypí a zahřeje se téměř k varu. Po skončené
reakci reaguje roztok silně kysele. Přelijeme jej do kádinky (150 cm3), ochladíme
vodou a potom směsí voda + led na teplotu 0–2 ◦C. Roztok ponecháme v ledové
lázni minimálně 20 minut. Vyloučený KHSO4 odfiltrujeme na fritě a po důkladném
odsátí a vymačkání matečného roztoku odlijeme filtrát do čisté kádinky k dalšímu
zpracování. Potom promyjeme krystaly KHSO4 postupně ledovou vodou a dvakrát
ethylalkoholem. Při odpojené vývěvě převrstvíme krystaly na fritě takovou vrstvou
kapaliny, aby výška jejího sloupce byla přibližně rovna výšce filtračního koláče,
směs rychle promícháme tyčinkou a vzniklý roztok ihned odsajeme. Dokonale odsáté
krystaly KHSO4 necháme vyschnout v otevřené nádobce, např. Petriho misce, v horkovzdušné
sušárně při 100 ◦C. K matečnému roztoku, který jsme před promýváním
krystalů KHSO4 přelili z odsávací baňky do kádinky, za míchání přilijeme 80 cm3
ethanolu a vysrážíme druhou frakci KHSO4, kterou opět odfiltrujeme, promyjeme a
vysušíme, ale nebudeme ji mísit s první frakcí.
Kontrola čistoty:
Kontrolu čistoty KHSO4 provedeme alkalimetrickou titrací roztoku KHSO4 roztokem
NaOH (c = 0,1 mol dm−3). Na analytických vahách navážíme na lodičku vzorek
KHSO4, navážku kvantitativně spláchneme přes nálevku vodou ze střičky do odměrné
baňky o objemu 100 cm3 a roztok v baňce doplníme vodou po značku. Odměrnou
baňku zazátkujeme a roztok v baňce promícháme. Na jednotlivá stanovení pipetujeme
z připraveného roztoku po 20 cm3 a titrujeme roztokem NaOH (0,1 mol dm−3) na
fenolftalein do vzniku červenofialového zbarvení. Titraci provedeme třikrát. Velikost
navážky volíme takovou, aby spotřeba roztoku NaOH o koncentraci 0,1 mol dm−3 na
titraci 20 cm3 roztoku KHSO4 byla v rozmezí 15–20 cm3. Všechny údaje a výsledky
uvedeme do tabulky.
Frakce Navážka Faktor Spotřeba roztoku NaOH/cm3 Obsah
KHSO4 roztoku KHSO4
/g NaOH 1 2 3 Průměr /%
1
2
Vlastnosti:
Hydrogensíran draselný tvoří bezbarvé krystalky s bodem tání 210 ◦C. Je velmi dobře
rozpustný ve vodě, v ethanolu je nerozpustný.
22
Komentář:
Použití uhličitanů:
Reakci K2CO3 s H2SO4 obvykle chápeme jako neutralizační reakci kationtů H3O+,
vznikajících disociací kyseliny sírové, s anionty OH−, vznikajícími hydrolýzou uhličitanového
anionu. Na druhé straně, lze také hovořit o vytěsňování slabé kyseliny
uhličité z její soli silnou kyselinou sírovou. Zatímco první popis použijeme spíše s ohledem
na vznikající sůl (KHSO4), druhou alternativu bychom použili v případě, že by
středem našeho zájmu byla příprava slabé kyseliny (H2CO3). Nehledě na formální
stránku popisu, produkty jsou samozřejmě totožné.
Rozpustnost uhličitanů:
Uhličitany alkalických kovů a Tl(I) se vyznačují značnou rozpustností ve vodě. Uhličitany
ostatních kovů, včetně kovů alkalických zemin, jsou málo rozpustné. Proto je
lze snadno zbavit nečistot promýváním vodou a zaručit tak čistotu výchozího reaktantu.
Z tohoto důvodu bývají využívány i jako mezistupeň při podvojných záměnách
(konverzních metodách přípravy solí – viz příprava CoCl2·6H2O).
Promývání:
Poznámka o odpojené vývěve při promývání krystalů na fritě má značný význam.
Postup, kdy student nalévá vodu na krystaly na fritě při připojené vývěvě bez míchání,
je naprosto nevhodný, zvláště v případě, kdy preparát je hrubě krystalický
a frita velmi porézní. Tehdy dochází k velmi rychlému odsávání nalévané kapaliny
a promývá se pouze úzký sloupec filtračního koláče. Aby promývání bylo skutečně
účinné, rozpouštědlo se musí dostat do celého objemu krystalů, což lze zajistit pouze
při odpojené vývěvě a promíchání. V praxi lze buď odpojit hadici vodní vývěvy od
odsávací baňky, provést promytí a hadici opět nasadit a rozpouštědlo odsát, nebo
při připojené vývěvě jednou rukou přidržet fritu nad odsávací baňkou, druhou rukou
promýt sraženinu a poté fritu opět vsadit do hrdla odsávačky. Druhý přístup je pravděpodobně
vhodnější v případech, kdy sraženina je velmi rozpustná v promývajícím
rozpouštědle a každé zdržení znamená značné ztráty ve výtěžku.
Srážení:
Srážení ethanolem, pro získání druhé frakce KHSO4, je relativně rychlou a často
téměř kvantitativní metodou pro izolaci rozpuštěné soli. Je to obecná separační metoda,
kterou lze použít i pro nevodné roztoky a srážená látka rovněž nemusí být solí.
Volba srážedla je odvislá od komponent roztoku, z něhož hodláme srážení provést.
Srážedlo (a) musí být mísitelné s roztokem, (b) nesmí reagovat se žádnou složkou
roztoku a musí srážet požadovaný produkt, tj. produkt v něm nesmí být rozpustný,
(c) nemělo by (v ideálním případě) srážet ostatní, vedlejší produkty z roztoku. Prosté
smísení srážedla s roztokem vede k tvorbě velmi drobných krystalů. Pokud požadujeme
krystaly vyvinutější, je třeba proces mísení roztoku a srážedla zpomalit. Toho
lze nejlépe dosáhnout pomalou difuzí kapalného srážedla nebo jeho par.
Doplňující otázky:
1. Proč je třeba promývat vyloučený KHSO4 ledovou vodou a ethanolem?
23
2. Proč je třeba použít dvojnásobné množství H2SO4 oproti teoretickému?
3. Jakým způsobem se stanovuje přesná koncentrace odměrného roztoku NaOH a
jak je určen faktor roztoku?
4. Nakreslete elektronový strukturní (Lewisův) vzorec SO2−
4 a CO2−
3 .
5. Podle metody VSEPR určete strukturu aniontů SO2−
4 a CO2−
3 .
6. Uveďte příklady sloučenin, které ve vodě mohou tvořit OH− ionty, třebaže je
ve své struktuře neobsahují. Průběh jejich reakcí s vodou vyjádřete chemickými
rovnicemi.
7. Zapište chemickými rovnicemi hydrolýzu hydrogenuhličitanového a uhličitanového
anionu.
8. Seřaďte následující sloučeniny podle vzůstající kyselosti jejich vodného roztoku:
H2SO4, K2SO4, KHSO4, KHSO3.
9. Nakreslete titrační křivky pro titraci silné kyseliny silnou bazí a slabé kyseliny
silnou bazí.
10. Napište vzorce pro výpočet pH silných a slabých kyselin a bazí.
11. Jaké vlastnosti musí mít rozpouštědlo, které používáme pro srážení látky z roztoku?
Z následujících kapalin vyberte ty, kterými by zcela jistě nebylo možno
nahradit ethanol při srážení KHSO4 z vodného roztoku a zdůvodněte: aceton,
hexan, dichlormethan, methanol.
24
Příprava kyseliny borité
Reakce:
Kyselinu trihydrogenboritou (orthoboritou) připravíme rozkladem tetraboritanu sodného
Na2B4O7·10 H2O (borax) kyselinou chlorovodíkovou, což je typický příklad vytěsňování
slabé kyseliny kyselinou silnější:
Na2B4O7 + 2 HCl + 5 H2O 4 H3BO3 + 2 NaCl
Postup:
Množství boraxu potřebné pro přípravu 30,0 g H3BO3 rozpustíme v 60,0 cm3 horké
vody a roztok ohřátý na 100 ◦C za stálého míchání vlijeme do vzniklého roztoku
vypočítané množství koncentrovaného roztoku HCl. Ochlazením získaného roztoku
vodou a ledovou lázní vykrystaluje kyselina trihydrogenboritá. Krystalický produkt
odfiltrujeme na B˝uchnerově nálevce a na filtru z něho důkladně vymačkáme matečný
roztok. Získanou kyselinu trihydrogenboritou, přečistíme rekrystalizací z roztoku nasyceného
při 80 ◦C. H3BO3 nasypeme do kádinky, přilijeme 80 cm3 vody, a pokud se
veškerá H3BO3 při teplotě 80 ◦C nerozpustí, přidáváme střičkou opatrně další vodu.
Takto připravený nasycený roztok H3BO3 v případě potřeby zfiltrujeme nálevkou
pro filtraci za horka a filtrát ochladíme v ledové lázni na co nejnižší teplotu. Rekrystalovanou
H3BO3 odfiltrujeme na fritě, opět z ní důkladně vymačkáme tyčinkou
s rozšířeným koncem matečný roztok, promyjeme 20 cm3 ethanolu a krystaly na
fritě prosáváme po dobu několika minut vzduch.
Produkt uschováme v označené lahvičce do dalšího praktika pro přípravu
oxidu boritého a trimethyl-borátu!
Vlastnosti:
H3BO3 tvoří bílé průsvitné, na omak mastné šupinkovité krystaly perleťového lesku.
Ve studené vodě je málo rozpustná, dobře se rozpouští v horké vodě, její vodné
roztoky působí mírně antisepticky (borová voda).
Komentář:
Kyselina trihydrogenboritá je konečným produktem hydrolýzy většiny sloučenin boru.
Jedná se o velmi slabou jednosytnou kyselinu (pKa = 9,25), která působí výhradně
jako akceptor hydroxidového aniontu OH−:
B(OH)3 + 2 H2O H3O+ + B(OH)4
–
Kyselost jejich vodných roztoků se však podstatně zvyší tvorbou komplexů (chelátů)
s vícesytnými alkoholy např. s glycerinem, mannitem apod., což umožňuje její
alkalimetrické stanovení (pKa chelátu s mannitem má hodnotu 5,15).
25
Doplňující otázky:
1. Nakreslete strukturní vzorec aniontu, jenž je přítomen v boraxu.
2. Co jsou to boraxové perličky?
3. Jak reaguje vodný roztok boraxu (kysele, alkalicky, neutrálně)? Zdůvodněte.
4. Uveďte, které další kyseliny obvykle připravujeme vytěsněním silnější kyselinou
z jejich solí a jednotlivé přípravy zapište rovnicemi.
5. Vysvětlete, proč na závěr preparace promýváme získanou kyselinu trihydrogenboritou
ethanolem?
6. Jaké nečistoty můžeme nalézt v připravené kyselině trihydrogenborité?
7. Uveďte správný postup promývání sloučeniny na fritě, popište jednotlivé kroky.
8. Jaký je konečný produkt reakce oxidu fosforečného s vodou?
9. Zapiště chemickou rovnicí reakci oxidu lithného s vodou.
10. Určete typ hybridizace atomu boru v H3BO3?
26