Przeczytaj

W celu przygotowania roztworu o określonym stężeniu procentowym, w pierwszej kolejności musisz zadać sobie pytania: jakie powinien mieć stężenie? W jakiej ilości? Czy przygotujemy go z naważki substancji, czy przez rozcieńczenie stężonego roztworu?

bg‑azure

Przygotowanie roztworu z naważki

Niezależnie od odpowiedzi na te pytania, przygotowujemy sprzęt o odpowiedniej wielkości – np. w celu wykonania $100 g$ $100 g$ wodnego roztworu chlorku sodu ( $NaCl$ ), musimy przygotować zlewkę o pojemności $200 {cm}^{3}$ oraz cylinder miarowycylinder miarowycylinder miarowy o pojemności $100 {cm}^{3}$ . W tym wypadku nie powinno się używać szkła miarowego o dużo większej pojemności, jak chociażby cylindra miarowego o pojemności $1 {dm}^{3}$ .

Dlaczego? Dlatego, że każdy sprzęt miarowy ma określoną dokładnośćdokładnośćdokładność i miarkę, która na cylindrze jest widoczna przy wlewie. W przypadku prezentowanego cylindra o pojemności $100 {cm}^{3}$ , mamy podziałkę co $1 {cm}^{3}$ , obarczoną błędem $\pm 0,5 {cm}^{3}$ w temperaturze $20 ° C$ . Im większa pojemność cylindra, tym podziałka ma większą wartość i ryzyko błędu jest znacznie większe. Opisana poniżej procedura dotyczy wszystkich rozpuszczalnych, nieuwodnionych, niewchodzących w reakcję z wodą substancji.

Ru9lZ2qGUdvFW

Zdjęcie przedstawiające cylinder miarowy. To szklane, podłużne naczynie laboratoryjne ze podziałką, która odpowiada skali objętości. W tym przypadku od pięciu mililitrów do stu mililitrów, skala rozpoczyna się w dolnej części naczynia, a kończy w górnej. Cylinder umieszczony jest w podstawce wykonanej z tworzywa sztucznego. — Oznaczenie pojemności i dokładności cylindra
Źródło: dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, domena publiczna.

Pamiętając o pojemności naczyń miarowych i zlewek, zestaw sprzętu – potrzebnego do sporządzenia roztworu – składa się z elementów, takich jak:

R1KgPr4eyJrOw

Zdjęcie przedstawiające wagę laboratoryjną. Z przodu ma przyciski oraz wyświetlacz. Wyposażona jest w płaską szalkę wykonaną ze stali nierdzewnej. Na wyświetlaczu znajduje się zapis 0,00 g (czyli gramów). — Waga laboratoryjna
Źródło: Stan Zurek, licencja: CC BY-SA 3.0.

R1MbLLqf3SQj3

R1GP0XaBtS4BA

Zdjęcie przedstawia różnej wielkości szklane zlewki, ustawione od największej do najmniejszej. W największej zlewce znajduje się szklana bagietka. — Zlewki
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RwnvKGrWGhD7e

Zdjęcie przedstawia szklaną bagietkę, czyli szklany pręt służący, między innymi do mieszania. Ma kształt pałeczkowaty. — Bagietka
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R70d4nryCoft4

Ilustracja przedstawia areometr szklane urządzenie ze skalą na górze, termometrem i obciążeniem w dolnej, stożkowatej części. — Areometr z termometrem
Źródło: GroMar Sp z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RhiUkP4yxrfhw

Zdjęcie przedstawiające szklane naczynko wagowe. Naczynie ma walcowaty kształt, w górnej części znajduje się jego wylot, który to od wewnętrznej strony stanowi szlif. Naczynie wyposażone jest również w szklaną pokrywkę również ze szlifem pasującym do naczynka oraz z kulistym uchwytem w górnej części. — Naczynko wagowe
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RbJH4qdx615x5

Zdjęcie przedstawiające łyżkę laboratoryjną, to jest długi metalowy trzonek z jednej strony zakończony łyżką, a z drugiej łopatką. — Łyżka laboratoryjna
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RGh6gQf4lW3WJ

Zdjęcie przedstawiające fragment termometru umieszczonego w torionie, czyli szkle laboratoryjnym mającym postać rurki, z jednej strony zakończonej szlifem, co umożliwia umieszczenie go na przykład w szyjce kolby ze szlifem, a z drugiej strony ma nakrętkę, z dziurą w wieczku, w którym znajduje się uszczelka umożliwiające umieszczenie w torionie termometru. - część termometru z podziałką znajduje się nad żółtą nakrętką, pozostała część termometru jest pod nakrętką w szklanej obudowie. Termometr ma podziałkę, nico powyżej torionu znajduje się wartość 10, a w górnej części wartość 40. — Termometr laboratoryjny
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1XqAoPFobdE0

Zdjęcie przedstawia tryskawkę laboratoryjną wykonaną z tworzywa sztucznego. Składa się z płaskodennej butelki, w której znajduje się tylko jedna rurka, dochodząca wewnątrz naczynia prawie do jego dna, a na zewnątrz jest zagięta w łuk i zakończona zwężeniem. Rurka zatopiona jest w nakrętce, która umożliwia zakręcenie butelki. — Tryskawka laboratoryjna
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Następnym krokiem jest obliczenie masy substancji potrzebnej do przygotowania roztworu. Korzystamy ze wzoru na stężenie procentowe lub z odpowiednich proporcji.

bg‑azure

Obliczanie masy substancji

Pierwszym sposobem jest skorzystanie ze wzoru:

C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %

$C_{p}$ – stężenie procentowe $[%]$ ;
$m_{s}$ – masa substancji rozpuszczonej $[g]$ ;
$m_{r}$ – masa całego roztworu, czyli masa rozpuszczalnika i masa substancji rozpuszczonej.

m_{r} = m_{s} + m_{rozpuszczalnika}

Ważne!

Jeżeli przygotowujemy roztwory wodne, możemy wówczas przyjąć, że masa $1 {cm}^{3}$ wody jest równa $1 g$ .

Sposób $I$

W przypadku przygotowania $100 g$ wodnego $1 %$ roztworu azotanu( $V$ ) srebra, obliczenia wyglądają następująco:

1 % = \frac{m_{s}}{100 g} \cdot 100 % | : 100 %

\frac{1 %}{100 %} = \frac{m_{s}}{100 g}

0, 01 = \frac{m_{s}}{100 g} | \cdot 100 g

m_{s} = 1 g

Już wiemy, ile gramów ${AgNO}_{3}$ musimy odważyć. Następną czynnością jest obliczenie, ile gramów rozpuszczalnika musimy użyć. Korzystamy ze wzoru:

m_{r} = m_{s} + m_{rozpuszczalnika}

100 g = 1 g + m_{rozpuszczalnika}

m_{rozpuszczalnika} = 99 g

Zakładając, że gęstośćgęstośćgęstość wody wynosi $1 \frac{g}{{cm}^{3}}$ oraz, korzystając ze wzoru na gęstość, obliczamy objętość wody.

d_{w} = \frac{m_{w}}{V_{w}}

$d_{w}$ – gęstość $[\frac{g}{{cm}^{3}}]$ ;
$m_{w}$ – masa substancji $[g]$ ;
$V_{w}$ – objętość substancji $[{cm}^{3}]$ .

1 \frac{g}{{cm}^{3}} = 99 \frac{g}{V}

1 \frac{g}{{cm}^{3}} \cdot 99 g = V

V = 99 {cm}^{3}

W celu przygotowania $100 g$ $1 %$ roztworu azotanu( $V$ ) srebra, musimy odważyć na wadze $1 g$ ${AgNO}_{3}$ i w cylindrze odmierzyć $99 {cm}^{3}$ wody.

Drugim sposobem jest ułożenie odpowiednich proporcji.

Sposób $II$

Obliczamy masę substancji:

100 g roztworu — 100 %

x — 1 %

x = \frac{(100 g \cdot 1 %)}{100 %} = 1 g soli

100 g roztworu - 1 g soli = 99 g rozpuszczalnika

Obliczamy objętość rozpuszczalnika:

Gęstość wody wynosi $1 \frac{g}{{cm}^{3}}$ .

1 g wody — 1 {cm}^{3}

x = \frac{99 g \cdot 1 {cm}^{3}}{1 g} = 99 {cm}^{3}

Masz już przygotowany sprzęt oraz wykonane obliczenia. Teraz nie pozostaje więc nic innego, jak ubrać fartuch, okulary oraz rękawiczki ochronne i sporządzić ten roztwór.

R1UrMdqhsB2Op

Zdjęcie przedstawiające gumowe rękawiczki nitrylowe w kolorze niebieskim, okulary ochronne oraz biały fartuch laboratoryjny. — Zestaw ochronny potrzebny do pracy w laboratorium
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1TpwqmtZ1Ayl

Krok 1 Na wadze laboratoryjnej połóż naczynko wagowe, poczekaj chwilę, aż wskazanie wagi się ustabilizuje, zapisz masę pustego naczynka – pamiętaj, aby naczynko wagowe ważyć zawsze zamknięte., Krok 2 W nowych wagach laboratoryjnych możesz użyć funkcji TARA. Jest to funkcja zapisu masy pustego naczynia. Wtedy na wadze, na której jest położone naczynko, wyświetli się masa

0,00 g

. Bezpieczniej jest jednak zapisać masę pustego naczynia w dzienniku laboratoryjnym.

Ściągnij naczynko wagowe i za pomocą łyżeczki nasyp do niego trochę substancji.

Uwaga! Pamiętaj, lepiej wsypać mniej substancji niż za dużo. (Nadmiaru nie możemy z powrotem wsypać do oryginalnego pojemnika, ponieważ możemy zanieczyścić substancję, a więc musimy go umieścić już w pojemniku na odpady chemiczne.)

Po nasypaniu substancji, ponownie zważ naczynko. Aby obliczyć masę substancji, odejmij masę pustego naczynka od masy, która jest wyświetlana na wadze. W przypadku użycia funkcji TARA, do dziennika spisujesz masę pokazaną na wyświetlaczu – to masa soli zawarta w naczynku.

Czynność powtarzaj aż do uzyskania obliczonej masy. Nie wolno dosypywać substancji na wadze – za każdym razem musisz zdjąć naczynko wagowe z wagi., Krok 3 Do cylindra miarowego za pomocą tryskawki nalej odpowiednią ilość wody. Pamiętaj, aby przy odczytywaniu objętości cieczy menisk znajdował się na wysokości oczu – wtedy unikniemy błędu paralaksy.

Ważne! Menisk jest zakrzywieniem powierzchni cieczy. Wyróżniamy dwa meniski: wklęsły (1) i wypukły (2). W przypadku wody mamy do czynienia z meniskiem wklęsłym, natomiast menisk wypukły obserwujemy m.in. dla rtęci. Kiedy oddziaływanie między cząsteczkami cieczy jest silniejsze niż oddziaływania między cieczą a ściankami naczynia, obserwujemy menisk wypukły (cząsteczki przyciągają się do siebie). W odwrotnym przypadku obserwujemy menisk wklęsły (cząsteczki cieczy chcą być jak najdalej od siebie).
opis WCAG^{Siły działające menisków:
$F_{p}$ – siła przylegania pomiędzy ścianą naczynia a cząsteczkami cieczy;
$F_{s}$ – siła spójności między cząsteczkami cieczy;
$F$ – wypadkowa siła działająca na ciecz.

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.}

Błąd paralaksy polega na niewłaściwym odczytaniu danych, w tym przypadku poziomu cieczy. Kiedy oczy obserwatora znajdują się za nisko, odczytujemy wartość niższą niż rzeczywista. W odwrotnym przypadku odczytujemy zawartość zawyżoną. Jeśli mamy do czynienia z roztworem bezbarwnym, to odczytujemy objętość wg dolnej linii menisku, a jeśli z cieczą barwną - wg górnej linii menisku. Linia menisku musi stykać się z linią na skali. opis WCAG^{Błąd paralaksy.

Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.}

Dlatego cylinder powinniśmy ustawić na półce laboratoryjnej, a za cylinder położyć białą kartkę, aby ułatwić odczytanie menisku. W żadnym wypadku nie można kucać przy stole laboratoryjnym, ponieważ istnieje ryzyko wylania cieczy na osobę sporządzającą roztwór., Krok 4 Przygotuj zlewkę.

Zawartość naczynka wagowego przesyp do zlewki. Następnie wcześniej przygotowaną wodę destylowaną w cylindrze użyj do kilkukrotnego przepłukania naczynka wagowego (co najmniej trzy razy). W dalszym kroku wlej ją do zlewki z przygotowywanym roztworem. Kilkukrotne przemycie naczyńka wagowego ma na celu całkowite przeniesienie substancji do zlewki.

Następnie roztwór wymieszaj przy użyciu bagietki, aż do całkowitego rozpuszczenia się substancji.

, Krok 5 Sprawdź poprawność wykonanego zadania lub sprawdź, czy wykonany przez ciebie roztwór ma właściwe stężenie.

W tym celu przelej przygotowany roztwór do suchego i czystego cylindra, następnie odczytaj z poradnika fizykochemicznego gęstość roztworu dla zadanej substancji i jej stężenia. Dobierz odpowiedni areometr i zanurz go w cylindrze, a podczas pomiaru pozostaw go, aby swobodnie się unosił.

Gęstość roztworu odczytujemy z wąskiej rurki areometru – obserwujemy, na jakiej wysokości skali areometru „przecina” go lustro cieczy.
opis WCAG^{Areometr z termometrem

Źródło: GroMar Sp z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.}, Krok 6 Jeżeli odczytana gęstość zgadza się z danymi tablicowymi, wówczas przelewamy roztwór do opisanej butelki. Powinny na niej pojawić się następujące informacje: nazwa związku, wzór sumaryczny związku, stężenie związku, zwroty H i P, data przygotowania oraz nazwisko osoby przygotowującej.

0,00 g

Przygotowanie roztworu przez rozcieńczenie

Najczęściej w praktyce laboratoryjnej przygotowujemy roztwory kwasów przez rozcieńczenie już istniejących.

Sporządźmy $200 g$ $10 %$ kwasu siarkowego( $VI$ ) przez rozcieńczenie $98 %$ roztworu kwasu siarkowego( $VI$ ).

Pierwszy etap jest podobny do przygotowania roztworu z naważki – dobieramy szkło o odpowiedniej pojemności. W tym celu musimy wykonać odpowiednie obliczenia.

Sposób $I$

Obliczmy masę kwasu potrzebną do przygotowania tego roztworu ze wzoru:

C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %

10 % = \frac{m_{s}}{200 g} \cdot 100 % | : 100 %

\frac{10 %}{100 %} = \frac{m_{s}}{200 g}

0,1 = \frac{m_{s}}{200 g} | \cdot 200 g

m_{s} = 20 g

Wyznaczyliśmy masę $100 %$ kwasu siarkowego( $VI$ ) do sporządzenia roztworu, jednak mamy do dyspozycji $98 %$ kwas siarkowy( $VI$ ). Z proporcji na stężenie procentowe można policzyć masę roztworu $98 %$ kwasu siarkowego( $VI$ ), która zawiera $20 g$ tego kwasu.

100 g — 98 g

x — 20 g

x = \frac{100 g \cdot 20 g}{98 g} = 20, 4 g

W celu przygotowania tego roztworu, powinniśmy odważyć $20,4 g$ $98 %$ kwasu siarkowego( $VI$ ).

Ważne!

Ważenie kwasu jest niebezpieczne i niepraktyczne. Dlatego skorzystamy z informacji o gęstości kwasu siarkowego( $VI$ ), która podana jest na opakowaniu kwasu.

Gęstość $98 %$ roztworu kwasu siarkowego( $VI$ ) wynosi $1,836 \frac{g}{{cm}^{3}}$ .

Korzystając ze wzoru, obliczymy objętość kwasu siarkowego( $VI$ ):

d = \frac{m_{s}}{V}

1,836 \frac{g}{{cm}^{3}} = \frac{20,4 g}{V}

V = 11,1 {cm}^{3}

Ostatnim krokiem jest obliczenie masy wody potrzebnej do przygotowania tego roztworu:

m_{wody} = 200 g - 20,4 g = 179,6 g

Przyjmując, że gęstość wody wynosi $1 \frac{g}{{cm}^{3}}$ , odmierzamy $179,6 {cm}^{3}$ wody.

Sposób $II$

10 g H_{2} {SO}_{4} — 100 g roztworu

x — 200 g roztworu

x = \frac{(10 g \cdot 200 g)}{100 g} = 20 g H_{2} {SO}_{4}

Obliczamy masę $98 %$ kwasu siarkowego( $VI$ ), w którym zawarte jest $20 g$ tego kwasu:

100 g — 98 g

x — 20 g

x = \frac{100 g \cdot 20 g}{98 g} = 20,4 g

Obliczamy objętość kwasu:

1,836 g H_{2} {SO}_{4} — 1 {cm}^{3}

20,4 g H_{2} {SO}_{4} — y

y = \frac{(1 {cm}^{3} \cdot 20,4 g)}{1,836 g} = 11,1 {cm}^{3}

Obliczamy masę wody:

m_{wody} = 200 g - 20,4 g = 179,6 g

Obliczamy objętość wody:

1 g wody — 1 {cm}^{3}

179,6 g wody — z

z = \frac{(179,6 g \cdot 1 {cm}^{3})}{1 g} = 179,6 {cm}^{3}

RMBbPUtXASaBF

Krok 1 W cylindrze miarowym o pojemności

250 {cm}^{3}

odmierz

180 {cm}^{3}

wody destylowanej, pamiętając o poprawnym odczytaniu menisku., Krok 2 Pod wyciągiem przygotuj małą zlewkę o pojemności

50 {cm}^{3}

, oraz dużą zlewkę o pojemności

250 {cm}^{3}

, statyw na pipety, piętę wielomiarową

25 {cm}^{3}

oraz nasadkę na pipetę.

Do dużej zlewki przelej zawartość cylindra miarowego (

180 {cm}^{3}

wody), a z kolei do małej wlej z butelki ze stężonym kwasem ok.

15 {cm}^{3}

kwasu siarkowego(

VI

). Następnie za pomocą pipety i nałożonej na niej nasadki pobierz

11,1 {cm}^{3}

kwasu siarkowego(

VI

), kręcąc kółkiem przy nasadce w górę. Po nabraniu odpowiedniej ilości kwasu, ostrożnie wkraplaj go do dużej zlewki za pomocą przycisku, który znajduje się z boku nasadki.

Uwaga! Pod koniec wkraplania, przy wylocie pipety zawsze zostaje trochę cieczy – nie można jej wydmuchiwać do roztworu., Krok 3 Sprawdź poprawność wykonanego roztworu. W tym celu przelej przygotowany roztwór do suchego i czystego cylindra, następnie odczytaj z poradnika fizykochemicznego, jaka powinna być gęstość

10 %

roztworu kwasu siarkowego(

VI

). Dobierz odpowiedni areometr i zanurz go w cylindrze, a podczas pomiaru pozostaw go, aby swobodnie się unosił., Krok 4 Jeżeli odczytana gęstość zgadza się z danymi tablicowymi, przelewamy roztwór do opisanej butelki. Powinny na niej pojawić się następujące informacje: nazwa związku, wzór sumaryczny związku, stężenie związku, zwroty H i P, data przygotowania oraz nazwisko osoby przygotowującej.

Przygotowaliśmy roztwory o znanym stężeniu procentowym. Pamiętaj, aby po zakończeniu pracy w laboratorium zostawić czyste stanowisko pracy.

Krok 1
W cylindrze miarowym o pojemności 250 ${cm}^{3}$ odmierz 180 ${cm}^{3}$ wody destylowanej, pamiętając o poprawnym odczytaniu menisku.

Krok 2
Pod wyciągiem przygotuj małą zlewkę o pojemności 50 ${cm}^{3}$ , oraz dużą zlewkę o pojemności 250 ${cm}^{3}$ , statyw na pipety, piętę wielomiarową 25 ${cm}^{3}$ oraz nasadkę na pipetę.

Do dużej zlewki przelej zawartość cylindra miarowego (180 ${cm}^{3}$ wody), a z kolei do małej wlej z butelki ze stężonym kwasem ok. 15 ${cm}^{3}$ kwasu siarkowego(VI). Następnie za pomocą pipety i nałożonej na niej nasadki pobierz 11,1 ${cm}^{3}$ kwasu siarkowego(VI), kręcąc kółkiem przy nasadce w górę. Po nabraniu odpowiedniej ilości kwasu, ostrożnie wkraplaj go do dużej zlewki za pomocą przycisku, który znajduje się z boku nasadki.

Uwaga! Pod koniec wkraplania, przy wylocie pipety zawsze zostaje trochę cieczy – nie można jej wydmuchiwać do roztworu.

Krok 3
Sprawdź poprawność wykonanego roztworu. W tym celu przelej przygotowany roztwór do suchego i czystego cylindra, następnie odczytaj z poradnika fizykochemicznego, jaka powinna być gęstość 10% roztworu kwasu siarkowego(VI). Dobierz odpowiedni areometr i zanurz go w cylindrze, a podczas pomiaru pozostaw go, aby swobodnie się unosił.

Krok 4
Jeżeli odczytana gęstość zgadza się z danymi tablicowymi, przelewamy roztwór do opisanej butelki. Powinny na niej pojawić się następujące informacje: nazwa związku, wzór sumaryczny związku, stężenie związku, zwroty H i P, data przygotowania oraz nazwisko osoby przygotowującej.

Przygotowaliśmy roztwory o znanym stężeniu procentowym. Pamiętaj, aby po zakończeniu pracy w laboratorium zostawić czyste stanowisko pracy.

Słownik

precyzja

zgodność wyników wielu oznaczeń tego samego składnika próbki w wielu powtórzeniach

dokładność

zgodność wyniku analizy z wartością rzeczywistą

gęstość

stosunek masy substancji do zajmowanej przez nią objętości, wyrażana wzorem:

d = \frac{m}{V}

cylinder miarowy

inaczej nazywany menzurką, służy do odmierzania odpowiedniej ilości cieczy

areometr

(gr. araiós „cienki”, metréō „mierzę”) urządzenie służące do pomiaru gęstości cieczy; działanie aerometru jest oparte na prawie Archimedesa, a miarą gęstości cieczy jest głębokość zanurzenia aerometru

menisk

(gr. mēnískos „półksiężyc”) zakrzywienie powierzchni cieczy

błąd paralaksy

błąd wynikający z wyniku obserwacji tego samego obiektu z różnych kierunków

zwrot H

zwrot ryzyka, wskazuje rodzaj zagrożenia substancji chemicznej

zwrot P

zwrot wskazujący na środki ostrożności podczas pracy z substancją chemiczną

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna. Cząstki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Modzelewski M., Woliński J., Pracowania Chemiczna. Technika Laboratoryjna, Warszawa 1966, wyd. 7.

Wprowadzenie

Film edukacyjny

Przygotowanie roztworu z naważki

Obliczanie masy substancji

Przygotowanie roztworu przez rozcieńczenie

Słownik

Bibliografia