Določitev koncentracije raztopine modre živilske barve neznanega razredčenja z uporabo spektrometra in umeritvene krivulje

Navodila za tehnično osebje in demonstratorje

1. Ta poskus smo uspešno izvedli tako v šolskem kot v univerzitetnem laboratoriju.
2. Čas: Najkrajši čas izvedbe je 60 minut (z nadarjenimi učenci, ki že znajo uporabljati bireto) in s starejšimi dijaki (starosti več kot 16 let). Veliko bolje je porabiti 90 minut za učence in mlajše dijake (11-16 let), ki znajo risati grafe ali 120 minut za mešano skupino glede na sposobnosti, da jim omogočimo, da razvijejo spretnosti ravnanja z biretami in merilnimi bučkami, ter se naučijo risati grafe.
3. Učencem in dijakom, ki imajo težave z risanjem grafov, pomaga primer umeritvene krivulje, ki je bil pripravljen vnaprej, da se lahko po njem ravnajo pri pripravi lastnega grafa ali pa ga uporabijo za vrednotenje lastnih meritev za neznano raztopino.
4. Uporaba spektrometra je preprosto razumljiva, če jo razložimo učencem v majhnih skupinah, ko so pripravili prvo raztopino. Ne preobremenimo jih s temi podatki že na začetku.
5. Če imamo dovolj časa, je zanimivo, da pokažemo dijakom oscilirajočo urno reakcijo za prikaz intenzitete barve. Vir svetlobe lahko sije za steklenico, v kateri poteka reakcija, da poudari absorpcijo svetlobe pri spreminjanju koncentracije.
6. Če imamo dovolj časa, se lahko pogovorimo o napakah pri eksperimentalnem delu.
   

Oscilirajoča urna reakcija

To lahko uporabimo kot uvodno aktivnost

Predhodno odmerimo:

• 800 cm³ žveplove kisline 0,2 mol/L (škodljiva, korozivna),
• 9 g propandiojska kislina (malonska) (škodljiva),
• 8 g kalijevega bromata(V) (strupen, oksidativen),
• 1,6 g manganovega(II) sulfata monohidrata (škodljiv).

Pribor, ki ga uporabimo:

• graduirana laboratorijska steklenica (Schott Duran),
• magnetni mešalnik,
• magnetno mešalo,
• vir svetlobe.

Postopek
V laboratorijsko steklenico damo žveplovo kislino in magnetno mešalo, ter steklenico postavimo na magnetni mešalnik. Dodamo malonsko kislino in kalijev bromat(V) in pustimo, da se raztopita. Raztapljanje traja nekaj minut, zato to raztopino pripravimo vnaprej. Dodamo trden manganov(II) sulfat in počakamo, da reakcija poteče. To traja približno pet minut, preden nihanje reakcije postane prepričljivo, nato se nadaljuje še približno 60 minut.

Odstranitev odpadnih kemikalij
Vsebino laboratorijske steklenice v digestoriju izlijemo v lijak in speremo z veliko vode.

Tehnični seznam
Količine so navedene za razred z dvajsetimi učenci in spremljajočim učiteljem.

Pribor, ki ga rabimo za izvedbo:

• Spektra^TM spektrometer z napajalnikom (4x),
• blistri (20x),
• škatla Pasteur-jevih pipet (1x),
• mešički za Pasteur-jeve pipete (40x),
• 50 ml birete (20x),
• liji za polnjenje birete (20x),
• 100 ml čaše (20x),
• prižeme in stojala (20x),
• 250 ml čaše za rabljene pipete (4x),
• 50 ml merilne bučke z zamaški (20x),
• papirnate brisače – rola (2x),.
• škatle zaščitnih rokavic različnih velikosti za enkratno uporabo (3x),
• veliko laboratorijskih halj različnih velikosti,
• zaščitna očala (25x),
• listi milimetrskega papirja (20x),
• svinčniki (20x),
• ravnila (20x),
• smetišnica in metla (za primer razbitja stekla),
• 250 cm³ steklenice z oznako »Osnovna raztopina« (6x),
• 50 cm³ graduirane laboratorijske steklenice (Schott Duran) z oznako »Neznana raztopina« (6x),
• 2,5 L steklenica iz temnega stekla (Winchester steklenica) z oznako »Osnovna raztopina« (1x).

Potrebujemo dostop do vodovodne vode (prečiščena voda ni potrebna).

Osnovna raztopina
To je raztopina iz 20 g komercialne raztopine modre živilske barve, ki smo jo dodali k 100 cm³ vode.

Za Winchester steklenico razredčimo 200 g raztopine živilske barve z 2 L vode.

Neznana raztopina
30 % raztopina pripravljena iz osnovne raztopine

Ocena tveganja
Modra živilska barva na embalaži nima kemijske oznake nevarnosti.
Tveganje je predvsem zaradi možnosti razbitja steklovine.

Navodila za demonstratorje za uporabo spektrometrov Spektra^TM

Navodila so ustna. Za dajanje navodil je dobro, da jih da izkušen demonstrator, vendar je lažje, če sta demonstratorja dva.

Načrt izvedbe:

• Pregledamo varnostna pravila.
• Opredelimo nalogo.
• Pokažemo, kako uporabimo merilne bučke.
• Naredimo nekaj razredčenj.
• Pokažemo uporabo spektrometra v majhnih skupinah.
• Dokončamo delo in rešimo nalogo.
• Zberemo odzive.

Učencem pokažemo osnovno raztopino in neznano raztopino ter opredelimo nalogo.

Razložimo, da lahko neznano koncentracijo odčitamo z umeritvene krivulje. Za risanje umeritvene krivulje moramo izmeriti intenziteto barve pri različnih koncentracijah. Učenci naj pripravijo 80 %, 60 %, 40 % in 20 % raztopino z redčenjem osnovne raztopine. Bistri učenci rabijo le nekaj smernic za izračun volumnov osnovne raztopine, ki jih bodo odmerjali z bireto. Drugi dijaki rabijo tabelo volumnov osnovne raztopine, ki jo morajo odmeriti in dopolniti do 50 cm³ z dodajanjem vode.

Učenci delajo v parih, ker se tako počutijo bolj gotove. Če učenci želijo, lahko delajo posamično, vendar to traja nekoliko dlje.

Učencem pokažemo, kako uporabljajo bireto in merilno bučko, če se še niso srečali s to opremo, ter jih vzpodbudimo, da pripravijo prvo razredčitev. Ko učenci pripravijo najmanj eno raztopino, naredimo majhne skupine in jim pokažemo, kako uporabljajo spektrometer. Tega ne naredimo na začetku, ker bi si morali zapomniti preveč novih podatkov, kar bi jih zmedlo. Učencem pokažimo nastavitev spektrometra na ničlo z uporabo vode in nato meritev osnovne raztopine. Razložimo, zakaj moramo zagotoviti, da je plast raztopine pri merjenju vedno enaka. Ustrezno debelino dosežemo z 8-10 kapljicami.

Damo jim čas za nadaljnje merjenje, koristno je, da jih opozorimo, da morajo vključiti tudi neznano raztopino.

Za učence, ki še razvijajo spretnost risanja grafov, je koristno, če jim pokažemo primer že narisanega grafa.

Starost dijakov
Aktivnost smo doslej preizkusili z učenci in dijakim, starimi od 14 do 18 let.

Razvili in pripravili : Bristol ChemLabS, Univerza v Bristolu, Velika Britanija