handbok för laborationer och demonstrationer kemi 1 och 2 · 1.2 kemi 2 avsnitt labb/demo referens...

Handbok för laborationer och demonstrationerkemi 1 och 2

Pär Leijonhufvud

2018-03-01

Innehåll

1 Kemikursernas innehåll 5

1.1 Kemi 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Kemi 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Demonstrationer 9

2.1 Demonstration: finns luft? Empedokles demonstration . . . . . . . . . . 10

2.2 Demonstration: Effekten av temperatur på löslighet . . . . . . . . . . . . 11

2.3 Produktion av acetylengas från kalciumkarbid . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.4 Demonstration: massan av 25 dm3 luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5 Demonstration: Buffert i naturliga vattensystem . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Laborationer 15

3.1 Hemlaboration: Rödkål som pH-indikator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 Rödkål som pH-indikator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Bestäm koncentrationen av en okänd syra . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Specifik värmekapacitet hos metaller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.5 Bestäm gaskonstanten R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.6 Enzymkinetik med katalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4 Laboratorietekniker 25

4.1 Att bereda en lösning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.2 Titrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.3 Sugfiltrering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5 Referenstabeller 33

5.1 Vattens densitet vid olika temperaturer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3

LABORATIONSHANDBOK PÄR LEIJONHUFVUD

4 INNEHÅLL

Kapitel 1

Kemikursernas innehåll

För kursen Kemi 1 ingår normalt arbetsområdena

• Atomer och det periodiska systemet• Bindning• Beräkningar och gaser• Syror och baser• Termokemi• Redox• Elektrokemi

Till dessa områden passar både olika demonstrationer i klassrummet och elevlabora-tioner.

För kursen Kemi 2 ingår normalt områdena

• Reaktioners riktning och hastighet• Jämnvikt• Organisk kemi• Reaktionsmekanismer• Biokemi• Molekylärbiologi• Analytisk kemi

För att förstärka elevernas förståelse använder man ofta olika demonstrationer, ocheleverna får genomför olika laborationer som dels ger dem färdigheter i det praktiskaarbetet, dels visar på det stoff som lärs ut under de mer teoretiska lektionspassen

1.1 Kemi 1

5


Avsnitt Labb/demo Referens

Grunder Demo: Är luft ett ämne eller ingenting(Empedokles demonstration)?

2.1 på sidan 10

Demo: socker, järn, magnetDemo: knallgasDemo: lös upp kopparsulfatDemo: sublimering av jodSeparation av salt och vattenHur stor är en droppe?Tjockleken på aluminiumfolie

Atomer Metalljoners lågfärgJonjaktDemo; elda magnesiumDemo: acetylen från kalciumkarbidDemo: olika metaller Visa, olika egenskaper

Periodiskasystemet

Demo: visa en mol Färdiga provrör

Demo: alkalimetaller

Bindningar Demo: smälta saltDemo: flytande gem (S, Fe)Demo: olja, vatten, diskmedelutsaltning av alkoholStationslabb: Vilket ämne (fällningar)

Beräkningar Demo: massan av 25 dm3 luft 2.4 på sidan 13Demo: Effekten av temperatur på löslighet 2.2 på sidan 11Demo: etanolraket?Demo: kollapsande cola-burkDemo: ballong av sopsäckkristallvatten i kopparsulfatJämförande volymmätningstökiometriska ballongerBestämma värdet på gaskonstanten 3.5 på sidan 21

Syra & bas Rödkål som pH-indikator 3.2 på sidan 17 alt3.1 på sidan 15

Bestäm koncentrationen av en okänd syra 3.3 på sidan 18Ordna lösningar efter pHHAc, ammoniakDemo:ammoniakfontänDemo: olika syror med Mg-bandDemo: samarins buffrande effekt ?? på sidan ??

Termokemi Specifik värmekapacitet hos metaller 3.4 på sidan 20A

6 KAPITEL 1. KEMIKURSERNAS INNEHÅLL

PÄR LEIJONHUFVUD LABORATIONSHANDBOK


Demo: skumormAladdins lampaDemo: värma gummibandkatalysator och T-röd

Redox metallernas elektrokemiska spänningsseriejod i tångaska???Blå flaskanputsa silvretvitC-klockaReduktion av Cu2+ med Al

Elektrokemi Mäta spänninge mellan olika metaller i gal-vaniska elementDemo: elektrolys av vatten

KAPITEL 1. KEMIKURSERNAS INNEHÅLL 7


1.2 Kemi 2


Reaktions-hastighet

oxalsyra och permanganatjoner

Kemisk jämvikt Demo: Jämvikt silver och salt.Förskjutning av jämviktsläge

Syror & baser:jämvikt

Bestämning av Syrakonstant

Organisk kemi Löslighet vid olika pHFunktionella grupper och löslighetSyntes av etylacetatSyntes av ASAMetan mha aluminiumkarbid

Reaktionsmekanismer

Biomolekyler Biurétprovet

Biokemi Mäta ketonerKatalas 3.6 på sidan 23DNA ur kiwi

Analytisk kemi Jod i tångaskaTrommers provTLC av klorofyllJärnhalten i rakbladDNA alt. proteingel

8 KAPITEL 1. KEMIKURSERNAS INNEHÅLL

Kapitel 2

Demonstrationer

Vid genomförandet av demonstrationer bör man tänka på tre saker

• säkerheten• att förevisningen fungerar• vad man vill visa

Historiskt har vissa förevisningar tenderat att vara extra olycksbenägna, t.ex. alka-limetaller i vatten där läraren lätt dras med av elevernas önskan om en större bit ochdärmed en häftigare reaktion. Säkerheten är A och O, och det förstärker även säker-hetsbudskapet om läraren t.ex. konsekvent bär skyddsglasögon i samband med före-visningar.

Läraren bör vara väl bekant med Arbetsmiljöverkets föreskrifter (Arbetsmiljöverket,2002) för arbetet med kemikalier i skolan och konsekvent genomföra en riskbedöm-ning i samband med alla praktiska moment.

9


2.1 Demonstration: finns luft? Empedokles demonstra-tion

Detta är den första kemiska demonstrationen som finns dokumenterad, och utfördes år 440 f.Kr.av den grekiske läkaren Empedokles. Med det visade Empedokles att luft inte var "ingenting",utan ett ämne.

Utförande

1. Fyll en behållare med vatten till en bit under kanten. En stor bägare eller kristalliserings-skål är lämplig.

2. Tillsätt lite karamellfärg för att det skall gå lättare att se vätskeytan, särskilt omdet är en större grupp elever.

3. Håll fingret över spetsen på en tratt och håll den stora ("övre") öppningen ivattnet.

4. Visa att vattnet inte fyller tratten.

5. Tag bort fingret från spetsen och notera att luften pressas ut genom öppningenoch att vattnet nu fyller tratten.

6. Eftersom luften förhindrade vattnet från att fylla tratten måste luft alltså vara ettämne!

Lektionstips

1. Empedokles använde sin insikt för att tillverka en vattenklocka: en behållaremed en vid öppning i nederänden och ett mycket litet hål i toppen sjönk i enjämn hastighet

2. Vid denna tidpunkt var det inte vanligt att utföra offentliga demonstrationsför-sök, med via detta försök kunde grekiska läkare börja tänka på luftens roll i t.ex.andningen.

3. Empedokles skall även ha formulerat en enkel evolutionsteori: människor ochdjur hade utvecklats ut kringspridda kroppsdelar som sedan kombinerats slump-vis, och de livsdugliga kombinationerna hade överlevt.

Källa: (Summerlin et al., 1988, sid. 3)

10 KAPITEL 2. DEMONSTRATIONER


2.2 Demonstration: Effekten av temperatur på löslighet

Ett provrör med en klar lösning kyls ned i ett isbad, och rosa kristaller bildas. När den värmsupp blir lösningen först klar, sedan bildas vita kristaller.

Förberedelser

1. Tillverka en lösning med koncentrationen 0,47 mol/dm3 av MnSO4. Väg upp an-tingen

MnSO4 70 g

MnSO4 · 7 H2O 130 g

MnSO4 ·H2O 78 g

2. Lös i 100 cm3 vatten vid 27 ◦C med några droppar konc svavelsyra3. Dekantera den klara lösningen i ett stort provrör och sätt i en kork.4. Förebered ett isbad

Demonstrationen

1. Placera provröret med lösningen i isbadet. Rosa kristaller kommer att bildas2. Värm lösningen. Vid 27 ◦C kommer kristallerna att lösas3. Fortsätt att värma. Efter en stund bildas vita kristaller

Reaktioner

MnSO4 · 7 H2O (s) + varme −−⇀↽−−Mn2+(aq) + SO42 – (aq) + varme −−⇀↽−−MNSO4 ·H2O(s)

Lektionstips

1. Visar både på att löslighet ökar med temperaturen, men att det finns undantag

Källor: Maeda et al. (2003) (Summerlin and Ealy, Jr, 1988, sid 35)

KAPITEL 2. DEMONSTRATIONER 11


2.3 Produktion av acetylengas från kalciumkarbid

Lite vatten och en bit kalciumkarbid placeras i en gummiballong och den knyts snabbt igen.ballongen fylls med gas. En tändsticka på en lång pinne förs fram till ballongen, och den explo-derar.

Tillvägagångssätt

1. Bär skyddsglasögon, arbeta inte alltför nära elever (skyddsskärm?). Bär hörsel-skydd och varna eleverna i samband med det sista steget (explosionen).

2. 2–3 ml vatten sprutas in i en ballong.

3. En liten bit kalciumkarbid (ca 2–3 g) förs in i ballongen och den knyts snabbtihop.

4. Släpp ballongen och se hur den fylls med gas.

5. När reaktionen gått klart för man fram en tändsticka fäst vid en lång pinne. Högknall!

Reaktioner

Produktion av acetylen

CaC2 (s) + 2 H2O (l) −−→ Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)

Explosionen

2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) −−→ 4 CO2 (g) + 2 H2O (g) ∆H < 0

Lektionstips

1. Berätta om karbidlampor

2. Låt eleverna balansera båda reaktionerna

3. Låt eleverna beräkna mängden gas som kan bildas av 2 g CaC2.

4. Ca(OH)2 blandas med vattnet som bildas vid förbränningen och kommer attstänkas ut.

Källor: Summerlin and Ealy, Jr (1988)



2.4 Demonstration: massan av 25 dm3 luft

En plastdunk på 25 dm3 vägs "tom". Diskutera med eleverna vad man egentligenväger, alltså att den innehåller luft (se även Empedokles demonstration, 2.1 på si-dan 10). Räkna även ut vad en mol luft väger1. Väg dunken, ev. med tarering.

Fyll dunken med en gas som är tyngre än luft, förslagsvis koldioxid eller argon. Viktenökar nu med 15–44 g för koldioxid, och med 11–40 g för argon.

Töm dunken genom att lägga dem på sidan. Väg igen för att dokumentera viktminskningen.

Förberedelser

1. Kontrollera tillgång på gas

2. Verifiera att vågen klarar dunkens massa

3. Flytta vågen till klassrummet.

Beräkningar

Massan av 25 dm3 luft Luft består av 21% syrgas och 78% kvävgas, med knappt 1%argon. Det uträknade värdet på lufts molmassa kommer att vara något (ca 0,016%)större än det verkliga värdet (28,9647 g/mol) p.g.a. luftens mer komplicerade verkligasammansättning. Denna skillnad kommer givetvis att även påverka det slutliga värdetpå massan av luften.

Mluft = 0, 78 ·MN2 + 0, 21 ·MO2 + 0, 01 ·MAr

Mluft = 0, 78 · 28, 013 g/mol+ 0, 21 · 31, 999 g/mol+ 0, 01 · 39, 948Mluft = 28, 969 g/mol

n =PV

RT=

(1, 013 · 105 Pa)(0, 025m3)

(8, 21 J ·mol−1 · K−1)(293 K)= 1, 040mol

m = M · n = (28, 969 g/mol) · (1, 040mol) = 30, 13 g

Källa: Kemilärarnas Resurscentrum (2017a)

1Mluft är 28,96 g

KAPITEL 2. DEMONSTRATIONER 13


2.5 Demonstration: Buffert i naturliga vattensystem

Beräknad tidsåtgång 10–15 min

Bakgrund Visa att karbonat buffrar vatten.

Karbonat kan reagera med vatten till vätekarbonat, som i lätt sur lösning bildar kol-dioxid och vatten. Men vatten kan också lösa en del koldioxid (mer ju kallare vattnetär), och bilda vätekarbonat eller t.o.m. karbonat om lösningen är tillräckligt basisk.

Material1 mol/dm3 HCl1 mol/dm3 NaOHNaHCO3

pH-meter eller BTBsmå bägareev. termometer

Riskbedömningsunderlag 1 M natriumhydroxid är frätande R 34 och S (1/2), 26,37/39, 45, 1 M saltsyra är frätande R 36/37/38 och S(1/2), 26, 45, bikarbonat och BTBär inte märkespliktigt.

Utförande

1. Mät upp 100 ml vatten i en bägare. Mät pH (eller tillsätt BTB). Tillsätt en droppe1 M HCl och mät pH värdet. Tillsätt några droppar HCl och mät pH igen. Tillsättupp till 30 droppar. Om du har BTB i bägaren tillsätter du HCl tills du får enfärgförändring.

2. Gör om samma procedur med 1 M NaOH istället för syran.3. Sätt nu ca en tsk Na-vätekarbonat i en ny bägare med 100 ml vatten och rör om.

Tillsätt BTB och gör om försöket med syra4. Diskutera vad som händer i världshaven om de värms upp. Kan det påverka

livsmöjligheterna för organismer i haven?5. Rita en graf över pH förändringen med syra resp. bas, med och utan Na-vätekarbonat

buffring.

Riskbedömningsunderlag:Saltsyra, 1 M HCl: Frätande, Varning, H290

Natriumhydroxid, 1 M NaOH: Frätande, Fara, H290, H314 och P280, P301+P330+P331,P305+ P351+ P338, P309+ P310

Natriumvätekarbonat, NaHCO3: ej märkespliktigt

BTB: ej märkespliktigt

Källa: Kemilärarnas Resurscentrum (2017b)


Kapitel 3

Laborationer

3.1 Hemlaboration: Rödkål som pH-indikator

Många ämnen ändrar färg baserat på pH. I den här laborationen skall du testa rödkål.I rödkålen finns antocyaniner, som ändrar färg beroende på pH. Målet med laboratio-nen är att avgöra vilka färger indikatorn har vid vilka pH-intervall. I detta försök skalldu använda rödkål för att testa hur sura respektive basiska olika ämnen i hemmet är.

Färgen kommer att vriera från röd/rosa i sura lösningar via blått kring neutralt tillgrönt i basiska lösningar.

Kemikalier: rödkålsbit

Utrustning: Gryta, kniv, skärbräda, sil, mindre dricksglas, sked.

Metod

1. Hacka upp en bit rödkål i mindre bitar och lägg i en mindre gryta (ca 1 l ärlagom). Täck med vatten.

2. Koka 2–3 minuter. Sila. Du har nu en indikatorlösning.3. Välj ut ett antal (minst 5 st) ämnen eller vätskor i ditt hem vars pH du vill testa.4. Häll upp lite av din indikatorlösning (ca 1 matsked brukar räcka) i ett glas. Till-

sätt det första ämnet du vill testa. Rör om med skeden. observera färgen (foto-grafera om möjligt).

5. Skölj glaset och skeden noga och upprepa ned nästa ämne.6. Diska allt som vanligt.

Säkerhet Var försiktig med den heta vätskan när du skall sila. Om du testar någotsom är mycket surt eller basiskt (t.ex. ättika 24% eller kaustik soda) bör du vara försik-tig så att inga stänk kan hamna i ögonen. Skölj bort eventuella spill omedelbart, sköljhud ordentligt och tvätta med tvål och vatten.

15


Avfall: Allt avfall kan hällas ut i vasken alternativt slängas i de vanliga hushållsso-porna.

16 KAPITEL 3. LABORATIONER


3.2 Rödkål som pH-indikator

Många ämnen ändrar färg baserat på pH. I den här laborationen skall du testa rödkål.I rödkålen finns antocyaniner, som ändrar färg beroende på pH. Målet med laboratio-nen är att avgöra vilka färger indikatorn har vid vilka pH-intervall

Färgen kommer att vriera från röd/rosa i sura lösningar via blått kring neutralt tillgrönt i basiska lösningar.

Metod

1. Hacka upp en bit rödkål i mindre bitar och lägg i en bägare (600 ml). Täck medvatten.

2. Koka 2–3 minuter. Filtrera.

3. Blanda lite av din rödkålsindiktor med vatten och fördela på 6–10 provrör.

4. Till det första röret tillsätter du NaOH-lösning tills färgen blir blå.

5. Tillsätt syra till en av dem, en bas till en annan. Den tredje har du kvar somkontroll. Vad händer med färgerna?

KAPITEL 3. LABORATIONER 17


3.3 Bestäm koncentrationen av en okänd syra

I denna labb skall du använda den analytiska metoden titrering (se 4.2 på sidan 28) föratt avgöra koncentrationen på en syra. I grunden går metoden ut på att mäta upp enkänd volym av den okända syran, och sedan gradvis tillsätta en känd bas tills syranär neutraliserad. Den tillsatta volymen låter dig beräkna koncentrationen av syran.

Material

Byrett, stativ med byrettklämma, magnetomrörare och omrörarmagnet, E-kolv medvid öppning. slaskbägare.

Ev pH-meter.

Kemikalier

Saltsyralösning med okänd koncentration. Natriumhydroxidlösning med känd kon-centration, BTB

Metod

1. Mät upp en känd volym av saltsyralösningen (t.ex. 10,00 cm3), placera den i E-kolven och tillsätt några droppar BTB (om du inte använder pH-meter). Om duhar en liten volym kan du späda med avjoniserat vatten till lagom volym, för-slagsvis 100 cm3.

2. Placera slaskbägaren under byretten och fyll den med NaOH-lösningen. Tappaut lite i slask-bägaren och fyll på till noll-strecket.

3. Placera en omrörarmagnet i E-kolven med syran, placera på ett vitt papper mellanovanpå magnetomröraren. Starta magnetomröraren.

4. Om du använder pH-meter placera elektroden i syran.

5. Utan pH-meter

(a) Tillsätt försiktigt NaOH-lösning till E-kolven.

(b) När du närmar dig neutral lösning kommer omslaget att gå snabbt, arbetadärför mycket försiktigt och tilsätt basen droppvis.

(c) Anteckna den tillsatta volymen natriumhydroxid.

6. Med pH-meter

(a) Tillsätt natriumhydroxidlösning i små portioner, anteckna mängden tillsattlösning och pH ofta.



(b) När du närmar dig neutralt pH kommer du att få en snabb ökning av pH.Många mätpunkter ger en bättre kurva!

(c) Fortsätt tills du endast får långsam ökning av pH

(d) Rita en graf med mängd tillsatt bas (i mol eller mmol) på x-axeln och pH påy-axeln.

7. Upprepa om möjligt din titrering 3 gånger.

Efterarbete

Utan pH-meter Om du upprepade försöket beräkna medelvärdet. Om något av vär-dena avviker märkbart från de övriga kan du bortse från det värdet. Om du arbetatutan pH-meter beräkna antalet mol tillsatt NaOH. Använd detta, och den antecknadevolymen av syran, för att beräkna koncentrationen på syran.

Med pH-meter Rita en graf enligt punkt 6d ovan (se figur 4.2b på sidan 29 för ettexempel) och avgör vid vilken substansmängd tillsatt bas ekvivalenspunkten ligger.Detta motsvarar mängden syra.

Avfall

Den neutraliserade syran kan hällas ut i slasken.

Icke använd bas placeras i angivet kärl.



3.4 Specifik värmekapacitet hos metaller

Bakgrund

Alla ämnen har en specifik värmekapacitet, ett mått på deras förmåga att lagra energi.Denna kan variera ganska kraftigt (se tabell 3.1 för några exempel). I detta försök skalldu test den specifika värmekapaciteten hos en eller flera metaller.

Förhållandet mellan temperaturförändring och specifik värmekapacitet beskrivs medformeln q = c ·m ·∆T , där c är den specifika värmekapaciteten, m är massan, q är dentillförda energin och ∆T är temperaturförändringen.

Ämne Specifik värmekapacitet (J/(g · K))

Vatten 4,18Stål 0,466Aluminium 0,90Koppar 0,39

Tabell 3.1: Dessa värden varierar lite med olika temperaturer och faser, värdena i ta-bellen gäller vid 25 ◦C. ).

Material Termos eller kalorimeter, termometer, bitar av metall, bägare, pincett. vär-meplatta.

Metod

1. Koka upp avjoniserat vatten i en bägare (400–600 cm3).2. Väg bitar av metall noggrant.3. Placera bitarna i bägaren med det kokande vattnet.4. Placera en nogrant uppmätt volym avjoniserat vatten i termosen eller kalorime-

tern. Förslagsvis 200–400 cm3. Vattnet bör ha rumstemperatur!5. Mät och anteckna temperaturen på vattnet i termosen.6. Tag upp en av metallbitarna, torka snabbt av den och placera i termosen. Mät

temperaturförändringen.

Efterarbete

1. Beräkna massan av vatten med hjälp av densitetstabell för vatten (se 5.1 på si-dan 33)

2. Beräkna den specifika värmekapaciteten från temperaturförändringen på vattneti termosen.



3.5 Bestäm gaskonstanten R

Bakgrund och teori

Med hjälp av gaslagen kan du bestämma värdet på gaskonstanten, R. Försöker förut-sätter att du känner till molvikten på magnesium, samt molvolymen för en gas.

Gaslagen: PV = nRT

P Tryck i Pascal (N/m2)V Volymen im3

T temperaturen (K)n substansmängd (mol)R gaskonstanten

Material: Konc. saltsyra, magnesiumband, 100 cm3 mätcylinder, bägare (hög 500 cm3),sytråd eller koppartråd, kork.

Risker vid experimentet: Konc. saltsyra är mycket frätande, hanteras varligt. Bil-dad vätgas släpps ut i dragskåp, explosionsrisk. Avfall kan spolas med mycket vattenAnvänd skyddsglasögon och personlig skyddsutrustning. En riskbedömning ges avundervisande lärare.

Utförande

1. Väg upp 60–70 mg magnesiumband. Anteckna vikten.2. Häll ca 10 cm3 konc saltsyra i mätcylindern. Skikta försiktigt avjoniserat vatten

till den övre kanten av mätcylindern (häll långsamt längs innerväggen på mät-cylindern).

3. Knyt fast sytråden runt magnesiumbandet och lägg det på vattenytan i mätcy-lindern. Alternativt fäst det med koppartråden i korken.

4. Sätt korken i mätcylindern. Var noggran så att du inte får in någon luft, och attdet är möjligt för vatten att rinna ut (alternativt använd en kork med hål).

5. Fyll bägaren med vatten. Din bägare måste vara minst hälften så hög som dinmätcylinder.

6. Vänd snabbt mätcylindern upp och ned och placera korken i under vattenytan ibägaren. Se till att inget vatten rinner ut medan du för detta!

7. Iaktta vad som händer med magnesiumbandet när syran når det.8. Läs av volymen bildad gas. Se till att vätskeytan inne i mätcylindern är på samma

nivå som den i bägaren. Testa gärna att se vad som händer med volymen i cylin-dern när du höjer eller sänker den jämfört med vattenytan.

9. Tag reda på dagens lufttryck och temperaturen i laborationssalen.



10. Skriv reaktionsformeln för reaktionen mellan magnesium och saltsyra. Vilkensubstansmängd magnesium har du?

11. Beräkna värdet på gaskonstanten (R). Vilka enheter använder du i dina beräk-ningar, vilken enhet får du på R?

Riskbedömningsunderlag:

Konc. saltsyra: Frätande, Fara, H314, H335 och P260, P261, P264, P271, P301+330+331(ejkräkning), P405

Magnesiumband: Brännbart, Fara, H250, H260 och P210, P222, P223, P231- 232, P280

Saltsyra konc R 34, 37 och S (1/2), 26, 45

Magnesium Mg(s) R 15, 17 och S (2) 7/8 43e,

Källa: Kemilärarnas Resurscentrum (2017a)



3.6 Enzymkinetik med katalas

I samband med olika kemiska reaktioner i levande organismer (t.ex. i samband medandningskedjan) bildas olika s.k. ROS (Reactive Oxygen Species), som till exempelH2O2. Dessa är mycket skadliga för cellen, och i princip samtliga levande organismerhar därför enzymet katalas som skyddar cellen från dessa. I eukaryota celler finns deofta i peroxisomerna. Hos djur är t.ex. levern ett organ med hög halt av katalas. I dennalaboration kommer du dock att använda potatis som källa till katalas.

Ett enzym har i allmänhet reaktionsformelnSubstrat + Enzym −−→ Enzym – Substratkomplex −−→ Enzym + Produkt1 + Produkt2.För just katalas är reaktionen

2 H2O2(aq) katalas−−−→ 2 H2O (l) + O2 (g)

Ett sätt att bestämma reaktionshastigheten för omvandlingen av väteperoxid till vattenoch syrgas är att vid bestämda tidsintervaller mäta volymen syrgas som bildas meden experimentuppställning som i figur 3.1. Varje enskilt värde plottas sedan i en grafoch reaktionshastigheten kan uttryckas som lutningen av tangenten (cm3 O2(g)/s)

Figur 3.1: Laborationsuppställning för att mäta enzymkinetik för katalas. Beroende påvilka volymer som väljs och tillgång på utrustning kan man använd antingen provrörmed sidorör eller en E-kolv med sidorör (en s.k. sugflaska). Som ett alternativ ka-talaskälla kan en bit rå lever användas. (Efter Markus Andersson/Umeå Universitet,http://school.chem.umu.se/Experiment/218, 2009)



Material3–5% H2O2-lösningpotatisextraktE-kolvar med sidorörmätcylindrar med olika storlekarstoppurslangar

Uppgift Planera, utför och redovisa (i en laborationsrapport) ett experiment som vi-sar på någon av två punkter nedan:

1. Att reaktionshastigheten (2H2O2 → 2H2O + O2) bestäms av såväl substratkon-centrationen som enzymmängden (enzymkoncentrationen).

2. Att mängden produkt som bildas är oberoende av mängden enzym (enzymkon-centration). OBS! Denna uppgift är något mer tidskrävande och kräver god la-borationsvana.

Potatisextrakt Katalas extraheras från potatis genom att rå potatis rivs fint och potatis-massan filtreras, förslagsvis genom sugfiltrering (se 4.3 på sidan 32).

Laborationsrapporten: Skriv en fullständig laborationsrapport och redovisa dina re-sultat för dina olika experiment i grafer som du ritar för hand eller med hjälp av dator.Dra slutsatser från dina grafer och diskutera om dina resultat stödjer din hypotes.

Riskbedömning: Laborationen anses som måttligt riskfyllt. Väteperoxid är frätande.Använd skyddsglasögon!!!

Väteperoxid: H314 Orsakar allvarliga frätskador på hud och ögon , H302 Skadligtvid förtäring, H318 Orsakar allvarliga ögonskador.SkyddsangivelserP264 Tvätta händerna grundligt efter användning, P270 Ät inte, drick inte och rök intenär du använder produkten, P280 Använd skyddshandskar och ögonskydd, P305+P351+P338VID KONTAKT MED ÖGONEN: Skölj försiktigt med vatten i flera minuter. Ta ureventuella kontaktlinser om det går lätt. Fortsätt att skölja, P310 Kontakta genast GIFTIN-FORMATIONSCENTRAL eller läkare.


Kapitel 4

Laboratorietekniker

I kemin finns det ett antal olika laboratorietekniker som kommer igen mer eller mindreofta. Här finns en guide till några av de viktigaste.

25


4.1 Att bereda en lösning

När du skall bereda en lösning med en viss koncentration måste du arbeta i två steg:beräkningar och det praktiska. På båda punkterna finns det några saker att hålla iminnet.

Beräkningar för att bereda en lösning

Om du skall bereda en lösning med en viss koncentration måste du först räkna ut hurmycket av ämnet du skall ha. Oftast vet du att du behöver en viss koncentration imol/dm3, och det första steget är då att räkna ut massan av den mängd av ämnet duvill ha. Låt oss ta ett exempel: du skall bereda 500 cm2 av en NaOH lösning med koncent-rationen 1,50 mol/dm3. Din beräkning följer då formeln m=cVM, och du får då

m=(1,50 mol/dm3)(0,500 dm3)(39,997 g/mol)= 29,998 g=30,0 g

Du skall alltså väga upp 30,0 g NaOH.

Figur 4.1: Att bereda en lösning

Beredningen av lösningen

Börja med att väga upp den angivna mängden av ämnet. Om du väger i en bägareslipper du föra över ditt ämne till en större behållare, men förlorar i gengäld precisioni vägningen. Väg därför upp den t.ex. i en vågbåt eller på en bit folie. För sedan överdet till en lagom stor bägare (i detta fallet t.ex. 600 ml) och skölj noggrant behållarendu vägde i ned i bägaren. Tillsätt sedan ca 50–75% av den slutliga volymen avjoniseratvatten och lös upp ämnet.

26 KAPITEL 4. LABORATORIETEKNIKER


Häll lösningen i en mätkolv (se figur 4.1 på motstående sida, delfigur A), häll lite avjo-niserat vatten i bägaren och häll sedan ned det i mätkolven, upprepa gärna dennasköljning 2-3 gånger, och fyll slutligen med avjoniserat vatten tills volymen befinnersig en bit under volymmarkeringen (använd t.ex. en sprutflaska, se figur 4.1 på föregå-ende sida, del B). Sätt i en glaspropp och vänd några gånger. Fyll sedan försiktigt upptills menisken (botten av den böjda ytan vattnet får i en glasbehållare) ligger precisjämnt med markeringen (figur 4.1 på motstående sida, del C). Var noggrann med attdu tittar parallellt med linjen! Blanda en sista gång. Klart!

KAPITEL 4. LABORATORIETEKNIKER 27


4.2 Titrera

Titrering är en grupp metoder för att bestämma en mängd av något. Den vanligaste for-men i skolan är en volymetrisk titrering, när man blandar två ämnen och noggrant mäterden tillsatta volymen av titrator till ett prov (en titrand) (Lennartson, 2017, sid. 148ff).Se tabell 4.1 för förklaring till orden.

Byrett Graderat glasrör med en kran längstned

Byrettklämma En särskild klämma för att fästa byret-ter vid en ställning.

Byrettratt En liten tratt avsedd för att fylla by-retter

Jodometrisk titrering När man använder färgomslagmellan jodidjoner och jod i en titre-ring.

Syra-bas titrering När man låter en bas neutralisera ensyra i titreringen. Beroende på förut-sättningarna kan antingen basen ellersyran vara titrator.

Titrand Det prov som skall analyserasTitrator Reagensen som tillsätts till titranden

Tabell 4.1: Ord och begrepp.

Viktigt när man utför en titrering är att man är noggrann och känner koncentrationenpå sin titrator mycket väl. Men behöver också en metod mäta effekten av titratornpå titranden, ofta är det ett färgomslag, men det kan även t.ex. vara en kontinuerligpH-mätning.

Metod

Bereda titratorn

Var mycket noggrann när du bereder denna! Ditt resultat kan aldrig bli bättre än dinnoggrannhet i detta steg. Det är inte nödvändigt att ha ett visst värde, det är mycketbättre att ha en lösning som är exakt 1,987 mol/dm3 är en som är ungefär 2,0 mol/dm3.Med bra beredda lösningar och noggrant handhavande kan man komma inom 1% avdet verkliga värdet vid en titrering.

Ofta kan det vara svårt att bereda en exakt lösning av många syror och baser. Stam-lösningen av saltsyra är något variabel, och t.ex. natriumhydroxid är hygroskopisk1,och det är därför svårt att avgöra hur mycket NaOH och hur mycket vatten manväger upp. Skall man vara mycket noggrann bör man därför använda köpta standard-lösningar. Dessa kommer normalt i ampuller som man späder till angiven volym.

1Med andra ord drar den till sig vatten ur luften



(a) Byrett och E-kolv uppsatta för en enkel ti-trering. På bilden syns inte byrettställ och ev.magnetomrörare.

(b) Titrerkurva för att fastställa ekvivalens-punkten.

Figur 4.2: Titrering

Glöm inte att skölja ampullen ordentligt när du tömmer den ned i din mätkolv, an-nars kommer en del av lösningen att bli kvar i ampullen, och koncentrationen blirdärmed för låg.

Om du har en pålitlig saltsyralösning kan du givetvis testa den verkliga koncentratio-nen (titern) på en NaOH-lösning med hjälp av en titrering.

Om du bereder en NaOH- eller KOH-lösning i förväg måste du komma ihåg att dessatar upp koldioxid ur atmosfären, och att de efter en tid därför kan innehålla varie-rande grad av karbonater2 samtidigt som din NaOH förbrukas, vilket givetvisgivetviskommer att påverka ditt resultat.

Om du använder t.ex. svavelsyra måste du vara medveten om att den är tvåprotonig,och ta hänsyn till detta i dina beräkningar.

Fylla byretten

Se till att din byrett är ren och torr. Finns det vatten kvar inne i den, eller intorkaderester från tidigare laborationer, kommer detta att späda ut respektive kontamineradin titrator.

Se till att kranen är stängd, ha en slaskbägare under byretten och häll försiktigt uppdin titrator i byretten. Ofta kan det vara bra att använda en liten byrettratt. När du

2Det bildas Na2CO3 och NaHCO3, reaktionen är främst 2 NaOH(aq) + CO2(g) −−→ Na2CO3(s) + H2O(l).



fyllt den skall du försiktigt öppna kranen: dels är det viktigt att du även fyller pipenoch kranen, dels får du en möjlighet att verifiera hur det är att arbeta med just dennabyrett. Släpp ut titrand, eventuellt med en mindre påfyllnad, tills volymen är näranollstrecket. Om du kan stanna exakt på nollan förenklar det dina beräkningar, menså länge du antecknar det verkliga mätvärdet när du startar går det bra att stanna litenedanför.

Fyll en känd mängd av titranden i en E-kolv

Det bästa kärlet för att ha titranden (provet) är oftast en vidhalsad E-kolv, men omdu t.ex. skall mäta pH med en pH-meter kan det vara fördelaktigt att istället användaen bägare. Se till att kontinuerligt blanda, antingen med hjälp av en magnetomrörareeller genom svänga E-kolven. Undvik dock att stänka vare sig titrator eller titrand påkolvens väggar (det som hamnar där är ju inte med i reaktionen).

Indikator Om du t.ex. skall söka efter ett pH-omslag får du inte glömma bort attha med en indikator i E-kolven. Bra är om man t.ex. har ett vitt papper under ellerbakom så att färgerna framträder tydligare. Ett bra tips är att laminera ett ark vittpapper: då suger det upp spill lika lätt, och kan därmed användas längre. Det är därtillanvändbart för att exempelvis förenkla kontroll av volymen in en mätkolv.

För syra-bas titrering använder man ofta BTB3 som är blå i basiska lösningar och guli sura: kring pH=7 har den en grön blandfärg. Eftersom t.ex. BTB i sig är en svag syrafinns en risk för komplikationer om du även titrerar en svag syra som ättiksyra. I detfallet kommer indikatorn inte att slå om vid 7, utan vid ett annat pH, något som kantänkas påverka ditt resultat.

Du kan även använda andra färgomslag än pH vid en titrering. Ett exempel är attdu använder jodometrisk titrering för att mäta koncentrationen av ett oxidationsmedel(t.ex. H2O2 eller till och med Cu2+). Man kan även använda kaliumpermanganat (KMnO4)för att t.ex. analysera halten av järn i olika prover (se tabell 4.2).

Indikator Typ Färgomslag

BTB syra-bas blått-gultJod oxidation vitt-svartKMnO4 reduktion lila-vitt

Tabell 4.2: Några färgomslag vid olika former av titrering.

pH-mätare Använder du dig av en pH-mätare måste du normalt skapa en tabell övermängden tillsatt titrator och uppmätt pH. Du kommer normalt att först få en långsamförändring av pH, för att se hur den sedan mycket snabbt ändrar, för att sedan på nyttendast förändras långsamt. Var därför uppmärksam på detta och mät ofta, särskilt närpH börjar ändras!

3Bromtymolblått



Titrering

Ställ upp utrustningen som i bild 4.2 på sidan 29. Använd byrettställ, inte en vanligklämma, och i förekommande fall en magnetomrörare och/eller en pH-meter4.

I grunden är proceduren enkel: tillsätt titratorn långsamt – inte fortare än att du kanräkna dropparna – tills du får ett omslag. För bästa resultatet upprepa din titreringflera gånger och jämför dina resultat. Du kan till exempel utföra försöket tre gånger,och eftersträva att alla tre värdena liknar varandra: du kan i så fall anta att medelvärdetligger närmare det verkliga värdet än något av dina faktiska mätvärden.

Ibland kan man göra en grov förtitrering, där man t.ex. tillsätter titratorn i portionerom ca 10 ml för att få reda på hur mycket man kommer att behöva använda.

4Var noggrann när du kalibrerar pH-metern: ditt resultat blir inte bättre än hur du bra du kalibrerardenna



4.3 Sugfiltrering

Vanligt filtrering är en enkel metod, men kan i vissa fall vara extremt långsam. I defallen man kan använda sig av sugfiltrering (se figur 4.3) som går mycket snabbare(Lennartson, 2017, sid. 114f).

Figur 4.3: Uppställning för sugfiltrering.

Ett runt filterpapper i rätt storlek placeras i tratten, det är viktigt att det ligger plattoch täcker alla hål i Büchnertratten. Fukta filterpappret. Häll därefter materialet somskall filtreras i tratten och starta vakuumet (oftast via en vattensug). För att undvikaatt vatten rinner ned i kolven när filtreringen avslutas bör man koppla loss flaskanfrån slangen innan vattnet stängs av, alternativt använda en säkerhetsflaska mellanvattensugen och sugkolven.


Kapitel 5

Referenstabeller

5.1 Vattens densitet vid olika temperaturer

Temperatur Densitet

(◦C) g/cm3 kg/m3

10 0,9997 999,715 0,9991 999,116 0,9989 998,917 0,9988 998,818 0,9986 998,619 0,9984 998,420 0,9982 998,221 0,9980 998,022 0,9978 997,823 0,9975 997,524 0,9973 997,325 0,9970 997,030 0,9956 995,635 0,9940 994,040 0,9922 992,245 0,9902 990,250 0,9880 988,055 0,9857 985,760 0,9832 983,265 0,9806 980,670 0,9778 977,875 0,9748 974,880 0,9718 971,885 0,9686 968,690 0,9653 965,395 0,9619 961,9

33


34 KAPITEL 5. REFERENSTABELLER

Litteraturförteckning

Arbetsmiljöverket. Kemikalier i skolan. Arbetsmiljöverket, Solna, 2 edition, 2002. ISBN91-7464-420-3.

Leonard A. Ford and E. Winston Grundmeier. Chemical Magic. Dover, New York, 2edition, 1993. ISBN 0-486-67628-5.

Kemilärarnas Resurscentrum. Bestäm gaskonstanen R, Juni 2017a. URLhttp://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/best%C3%A4m-gaskonstanen-r-1.337972. Accessed 2018-02-09.

Kemilärarnas Resurscentrum. Buffert i naturliga vattensystem, 2017b.URL http://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/buffert-i-naturliga-vattensystem-1.339815. Accessed 2018-02-28.

Anders Lennartson. Laboratoriearbete. Studentlitteratur, 2017. ISBN 9789144119618.

Kouji Maeda, Wataru Matsuoka, Keisuke Fukui, Eric Sukma Chandra, Ha-Ming Ang,and Moses Tadé. Solubility of manganese sulfate monohydrate in the presence oftrace quantities of magnesium sulfate heptahydrate in water. Developments in Che-mical Engineering and Mineral Processing, 11(5-6):423–435, 2003. ISSN 1932-2143. doi:10.1002/apj.5500110602. URL http://dx.doi.org/10.1002/apj.5500110602.

Lee R. Summerlin and James L. Ealy, Jr. Chemical Demonstrations: A Sourcebook forTeachers, volume 1. The Americal Chemical Society, 2 edition, 1988. ISBN 978-08412-1481-1.

Lee R. Summerlin, Christie L. Borgford, and Julie B. Ealy. Chemical Demonstrations: ASourcebook for Teachers, volume 2. American Chemical Society, 2 edition, 1988. ISBN978-0841215351, 0841215359.

35

http://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/best%C3%A4m-gaskonstanen-r-1.337972

http://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/best%C3%A4m-gaskonstanen-r-1.337972

http://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/buffert-i-naturliga-vattensystem-1.339815

http://www.krc.su.se/utbildningsmaterial/laborationer/a-c/buffert-i-naturliga-vattensystem-1.339815

http://dx.doi.org/10.1002/apj.5500110602

handbok för laborationer och demonstrationer kemi 1 och 2 · 1.2 kemi 2 avsnitt labb/demo referens...

Documents