Úloha č. 3: DŘEVO A POLYSACHARID CELULOSA
A. STANOVENÍ ROZPUSTNOSTI CELULOS V HYDROXIDU SODNÉM Pomůcky:
Erlenmayerova baňka 250 ml (2x), Petriho miska (2x), odměrný válec 100 ml, nálevka (3x), vařič, teploměr s rozsahem do 100°C, pH papírky, Zkušební vzorek:
celulosa (bavlněný plášť, sisalový, jutový či konopný provaz, papírovina...) Chemikálie:
1% vodný roztok NaOH, 10% vodný roztok CH3COOH, Pracovní postup:
1. Na analytických vahách navažte 2,0 g celulosy a přendejte do Erlenmayerovy baňky.
2. Do baňky přidejte 100 ml 1% NaOH zahřátého na 60 °C a promíchejte.
3. Na baňku nasaďte nálevku a zahřívejte na vroucí vodní lázni v digestoři cca 1 h. Pravidelně obsah baňky v desetiminutových intervalech promíchávejte.
4. Obsah baňky zfiltrujte na Biichnerově nálevce přes předem zvážený filtrační papír.
5. Baňku promyjte 60 ml horké vody a vylijte na filtr.
6. Filtrační koláč promyjte 50 ml 10%CH3COOH a následně horkou vodou až do neutrální reakce filtrátu. Pomocí pH papírku ověřte pH filtrátu.
7. Filtrační koláč vyjměte z Biichnerovy nálevky, vložte do předem zvážené Petriho misky s víčkem a sušte nejméně 90 min do konstantní hmotnosti v sušárně vyhřáté na 103 °C±2°C.
Vyhodnocení a závěr:
1. Vypočítejte obsah (v %) nerozpustné celulózy ve vzorku dle vzorce:
Wcel = — " 100
m0
kde w = obsah celulosy v %; m0 = hmotnost celulosy v g; mi = hmotnost rozpuštěné celulosy v g.
2. Vypočítejte obsah nerozpustné celulózy přepočtený na absolutně suchou celulózu ze vzorce:
obsah suché nerozpustné celulosy =   obsah nerozpustné celulosy ■ /
100
/ =-
100 — vlhkost celulosy (%)
Obsah rozpustné celulózy vtažený na absolutně suchou celulózu lze pak stanovit přepočtem:
^rozp (s) — 100 — Cner0Zp (s)
Jako výsledek uveďte obsah rozpustné a nerozpustné celulózy. Vzájemně porovnejte několik vzorků (filtrační papír, vatu, tampóny, patronu, plášť apod.)
B. STANOVENÍ VLHKOSTI DŘEVA Pomůcky:
sušárna, analytické váhy, exsikátor, kádinky, Petriho misky (2x), lžička Zkušební vzorek:
dřevěné piliny Postup práce:
1. Na analytických vahách zvažte suchou kádinku. Navažte do ní cca 1 g pilin.
2. Kádinku přikryjte Petriho miskou a dejte vysušit do sušárny při 105 °C po dobu 2h.
3. Kádinku i s víčkem nechte v exsikátoru vychladnout a kádinku s obsahem zvažte (na analytických vahách).
4. Tento postup dále opakujte v intervalu po lh, dokud se nebude hmotnost vzorku pohybovat v rozmezí 0,2 mg.
Vyhodnocení a závěr:
Vlhkost ve vzorku dřeva vypočítejte ze vzorce:
kde v = vlhkost dřeva v %, A = hmotnost prázdné kádinky v g, B = hmotnost kádinky se vzorkem před vysušením v g, C = hmotnost kádinky se vzorkem po vysušení v g
Obsah vlhkosti dřeva vyjádřete aritmetickým průměrem ze dvou souběžných stanovení.
C. PŘÍPRAVA NITRÁTU CELULOSY Pomůcky:
Erlenmayerova baňka 250 ml, Zkušební vzorky:
Vata, celulosa Chemikálie:
HN03, H2S04, ethanol, kafr, aceton Pracovní postup:
1. V Erlenmayerově baňce v digestoři opatrně připravte nitrační směs smícháním 12 ml HNO3 s 20 ml H2SO4.
2. Nitrační směs ochlaďte v ledové vodní lázni na teplotu 20 °C.
3. Asi 1 g vaty (celulózy) vhoďte do nitrační směsi, baňku uzavřete plastovou zátkou a asi 5 minut promíchávejte.
4. Vatu opatrně vyjměte z nitrační směsi do kádinky s vodou, kde ji pořádně properte (vodu alespoň 2x vyměňte).
5. Vypranou nitrovanou vatu vysušte mezi filtračními papíry a dosušte v mírně zapnuté sušárně (případně ponechte vyschnout do dalšího cvičení).
6. Nitrovanou celulózu rozdělte na 4 části.
7. Porovnejte rozpustnost nitrocelulózy a celulózy v acetonu.
8. Porovnejte rozpustnost nitrocelulózy a celulózy v ethanolu.
9. Odeberte 0,5 g nitrocelulózy. Ve zkumavce rozpusťte 0,1 g kafru v 8 ml acetonu. Do připraveného roztoku vhoďte 0,5 g nitrocelulózy ovlhčeného ethanolem. Zkumavku uzavřete a důkladně promíchejte.
10. Viskózni roztok nalijte na Petriho misku, uložte do digestoře a nechte do dalšího cvičení vyschnout. Na Petriho misce vznikne průsvitný film z celuloidu.
11. Čtvrtý (zbylý) kousek vaty jen opatrně položte na žíhací síťku (odvážní na rozevřenou dlaň) a zapalte.
Závěr:
Porovnejte rozpustnost celulózy a nitrocelulózy, zapište proces nitrace celulózy chemickou rovnicí (včetně přípravy nitrační směsi).
D. SIMULACE VÝROBY PERGAMENOVÉHO PAPÍRU Pomůcky:
kádinky 600 ml (2x), pinzeta, filtrační papír Chemikálie:
96% H2SO4, NH3 Pracovní postup:
1. Ve skleněné vaně (velké kádince) opatrně smíchejte 30 ml 96%H2S04 s 15 ml ledové destilované vody. Roztok chlaďte v ledové lázni na cca 5 °C.
2. Z filtračního papíru vystřihněte několik stejně velkých dílů.
3. První díl papíru ponořte pomocí pinzety do chladného roztoku H2SO4 a ihned po vyjmutí jej vložte do kádinky s destilovanou vodou s 10 kapkami NH3.
4. Papír nechte alespoň 5 min propírat a poté nechte usušit na hladkém povrchu.
5. Postup 3. a 4. opakujte - vzorek papíru nechte v kyselině různě dlouho Závěr:
Srovnejte vlastnosti papíru ponořeného a neponoreného do H2S04 (mechanickou pevnost, pružnost, smáčivost).
E. STANOVENÍ VLHKOSTI CELULOSY Pomůcky:
sušárna, analytické váhy, exsikátor, váženka (2x), lžička Zkušební vzorek:
celulóza (bavlna sepraná, sisalový, jutový či konopný provaz ...) Pracovní postup:
1. Na analytických vahách zvažte prázdnou váženku a váženku s asi 1 g celulózy.
2. Váženku s celulózou vložte do vyšší kádinky a kádinku umístěte do sušárny vyhřáté na teplotu 103 °C po dobu nejméně 2 hodin.
3. Váženku vyjměte ze sušárny a vložte do exsikátoru, kde ji ponechte vychladnout na laboratorní teplotu.
4. Váženku se vzorkem zvažte na analytických vahách a opět umístěte do kádinky v sušárně.
5. Celý postup od bodu 2 opakujte do doby, než bude mít vysušený vzorek konstantní hmotnost v rozmezí 0,2 mg.
Vyhodnocení a závěr:
Vlhkost celulózy se vypočte podle vzorce:
kde v = vlhkost celulózy v %
A = hmotnost prázdné váženky v g,
B = hmotnost váženky se vzorkem celulózy před vysušením v g C = hmotnost váženky se vzorkem celulózy po vysušení v g
Obsah vlhkosti celulózy vyjádřete aritmetickým průměrem ze dvou souběžných stanovení.
F. STANOVENÍ LIGNINU VE DŘEVĚ (metoda podle Komárova) Pomůcky:
váženka, odměrný válec 25 ml a 250 ml, frita (2x), varná baňka 500 ml (2x), topné hnízdo
500 (2x), zpětný chladič (2x), vařič, hodinové sklo Zkušební vzorek:
dřevěné piliny vysušené při 105 °C (z předešlé úlohy) Chemikálie:
72% vodný roztok H2S04, Pracovní postup:
1. Na analytických vahách navažte 1 g suchých dřevěných pilin a kvantitativně převeďte do kádinky
2. Přidejte 15 ml 72%H2S04, přikryjte hodinovým sklem a na 2 hodiny umístěte na vodní lázeň vytemperovanou na 25 °C.
3. Vzorek pravidelně promíchávejte tyčinkou
4. Poté směs opatrně přelijte do 500 ml varné baňky se 150 ml vody a vařte pod zpětným chladičem 1 hodinu.
5. Lignin ve formě tmavohnědého prášku nechte usadit na dně baňky a filtrujte přes předem zváženou fritu. Filtrační koláč promyjte 50 ml horké vody.
6. Fritu s izolovaným ligninem sušte v sušárně při teplotě 105 °C do konstantní hmotnosti Výpočet:
Obsah ligninu ve dřevě lze stanovit dle vzorce:
fflT
L= — • 100 m
kde    L = obsah ligninu ve dřevě v %,
mL = hmotnost ligninu na filtračním kelímku v g, m = navážka vzorku dřevěných pilin v g.
Závěr:
Uveďte vypočtený obsah ligninu ve vzorku. Na základě tabulky v teoretické části odhadněte, zda piliny pocházely z listnatého či jehličnatého stromu.
G. STANOVENÍ a CELULOSY (metodou dle Klauditze) Princip:
C6Hio05 + 4K2Cr207 + 16H2S04 -> 6 C02 + 6 K2S04 + 4 Cr2(S04)3 + 21 H20 Pomůcky:
Erlenmayerova baňka 100 ml (4x), odměrný válec 5 ml, 10 ml (2x), 50 ml, 100 ml, lžička, odměrná baňka 100 ml (4x), pipeta 5 ml, 20 ml, frita SI (2x), vařič, nálevka střední (2x). Chemikálie:
96%H2S04 p.a., 17,5% vodný roztok NaOH, 0,2 M vodný roztok Na2S203, 5% vodný roztok KI, 1 M vodný roztok K2Cr207 - pozor toxická látka!! Pracovní postup:
1. Na analytických vahách navažte 3,0 g celulosy.
2. Celulosu přeneste do 75 ml Erlenmayerovy baňky
3. Přidejte 40 ml 17,5% NaOH o teplotě 20 ± 0,2 °C
4. Intensivně třepejte v ruce až se obsah baňky rozvlákní a zhomogenizuje (cca 10 minut).
5. Nechte stát 15 minut při teplotě 20 °C, poté řádně ručně protřepte (cca 1 minutu) a nechte stát dalších 15 minut při teplotě 20 °C. Důkladně promíchejte lžičkou (1 minutu) a filtrujeme přes filtrační kelímek za odsávání.
6. Filtrační koláč promyjte 50 ml vody o teplotě 20 °C.
7. Filtrační roztok s promývací vodou nalijte do odměrné baňky (100 ml) a doplňte destilovanou vodou.
8. Odpipetujte 1 ml filtrátu do 50 ml Erlenmayerovy baňky, přidejte 2 ml 1 M K2Cr207 a 2 ml H2S04.
9. Povařte 1 minutu (varný kamínek!).
10. Erlenmayerovu baňku ochlaďte pod tekoucí vodou.
11. Obsah baňky přelijte do 25 ml odměrné baňky, doplňte destilovanou vodou po rysku, promíchejte.
12. Do titrační baňky napipetujte 25 ml roztoku, přidejte 100 ml vody a 10 ml 5% KI. Ve tmě nechte stát 5 min.
13. Titrujte 0,1 M Na2S203 do žlutého zabarvení roztoku, poté přidejte 5 ml škrobového mazu a dotitrujte do modrého (až černého) zabarvení.
Vyhodnocení:
Obsah a-celulosy (aCKiauditz) v % se vypočte ze vztahu:
a^Klauditz = 100 — RS
RS je zjištěné procento rozpuštěné celulózy.
RS =      °-°00675 N z 100
n2
kde je V\ = spotřeba 0,1 M Na2S203 při titraci v ml, n2 = navážka celulózy na stanovení v g, z = zředění (100), M= molarita roztoku Na2S203, 0,000675... přepočítávací faktor na celulózu Závěr:
Obsah a-celulosy vyjádřete jako aritmetický průměr ze tří titraci.
H. STANOVENÍ PODÍLU HOLOCELULOSY VE DŘEVĚ (metoda podle Wise) Pomůcky:
Erlenmayerova baňka 250 ml (2x), nálevka, vodní lázeň, magnetická míchačka (2x),
váženka (2x), vodní lázeň, odměrný válec 25, 50, 250 ml, vařič, Petriho miska (2x), Zkušební materiál:
Dřevěné piliny Chemikálie:
ledová CH3COOH, NaC104 Pracovní postup:
1. Na analytických vahách navažte 1,5 g dřevěných pilin a kvantitativně přeneste do Erlenmayerovy baňky
2. K pilinám přidejte magnetické míchadlo, 160 ml vroucí vody, 2,5 ml ledové kyseliny octové a2,5gNaC104
3. Baňku vložte do vroucí vodní lázně (kotlík) a za stálého míchání zahřívejte 40 minut.
4. Po 40 min znovu přidejte 2,5 ml ledové CH3COOH a 2,5 g NaC104 a zahřívejte dalších 40 min
5. Po dalších 40 min. ještě jednou přidejte 2,5 ml ledové kyseliny octové a 2,5 g NaC104 a zahřívejte dalších 40 min
6. Po ukončení delignifikace baňku ochlaďte proudem tekoucí studené vody
7. Směs filtrujte přes předem zvážený filtrační papír (analytické váhy) na Biichnerově nálevce.
8. Filtrační koláč promyjte 2x 50 ml studené vody a pak 20 ml acetonu
9. Filtrační koláč izolované holocelulózy sušte na Petriho misce v sušárně vyhřáté na 105 °C do konstantní hmotnosti.
Vyhodnocení a závěr:
Stanovte obsah holocelulózy ve dřevě dle vztahu:
V
H = - ■ 100 n
HS = H ■/(%)
100 ^ ~ 100-v
kde je H = obsah holocelulózy ve dřevě v %
Hs = obsah holocelulózy ve dřevě v % přepočtený na sušinu dřeva
V= hmotnost vláknitého materiálu (holocelulózy) na filtračním kelímku v g
n = navážka vzorku dřeva v g
/= přepočítávací faktor na sušinu
v = vlhkost dřeva v %
Jako výsledek uveďte obsah holocelulózy ve dřevě a v sušině dřeva.
L STANOVENÍ a CELULOSY (metodou dle Tappiho) Pomůcky:
kádinka 250 ml (2x), odměrný válec 10 ml, 50 ml (2x), hodinové sklíčko, filtrační kelímek
SI (2x), kádinka 400 ml, nálevka střední (2x), Zkušební vzorek:
Celulosa čistá, filtrační papír Chemikálie:
10% vodný roztok CH3COOH, 17,5% vodný roztok NaOH, Pracovní postup:
1. Do 250 ml kádinky navažte na analytických vahách cca 3 g celulózy.
2. K celulóze přilijte 35 ml 17,5% NaOH o teplotě 20 ± 0,2 °C a nechte 3 minuty stát
3. Poté za pomocí skleněné tyčinky 3 minuty míchejte a rozvlákňujte.
4. Po 3 minutách přilejte dalších 10 ml 17,5% NaOH a rozvlákňujte 2,5 minuty.
5. Opět přidejte 10 ml 17,5% NaOH a rozvlákňujte 3 minuty.
6. Dále přilejte 10 ml 17,5 % NaOH a rozvlákňujeme již jen 1 minutu.
7. Kádinku přikryjte hodinovým sklíčkem a nechte stát 25 minut.
8. Přidejte 25 ml vody o teplotě 20 °C a dobře promíchejte lžičkou (cca 1 minutu)
9. Rozvlákněnou celulózu filtrujte přes předem zváženou a vysušenou fritu.
10. Filtrační zbytek promyjte 300 ml vody o teplotě 20 ± 0,2° C za stálého odsávání.
11. Odsávání přerušte a na filtrační zbytek nalijte 40 ml 10% CH3COOH o teplotě 20 ± 0,2 °C a nechte 5 minut reagovat.
12. Kyselinu odsajte a zbytek na fritě opět promyjte 300 ml vody o teplotě 20 °C.
13. Kelímek se zbytkem sušte v sušárně při teplotě 103 ± 2 °C do konstantní hmotnosti.
14. Po vychladnutí v exsikátoru zvažte. Vyhodnocení a závěr:
Stanovte obsah a-celulózy {oCtappi) v [%] dle vzorce:
kde je    = hmotnost a celulózy po vysušení vg,«] = navážka celulózy na stanovení v g.
Závěr:
Obsah a-celulosy vyjádřete jako aritmetický průměr ze tří měření.