Zbirka nalog in vprašanj iz analiznih metod v živilstvu (I. del) Iztok Prislan UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA ŽIVILSTVO Zbirka nalog in vprašanj iz analiznih metod v živilstvu (I. del) Iztok Prislan Ljubljana, 2020 Naslov: Zbirka nalog in vprašanj iz analiznih metod v živilstvu (I. del) Avtor: doc. dr. Iztok Prislan Oblikovanje in računalniški prelom: doc. dr. Iztok Prislan Naslovnica: doc. dr. Iztok Prislan Urednik: doc. dr. Iztok Prislan Naklada: spletni dostop Dostopno na naslovu: http://www.bf.uni‐lj.si/knjiznice/knjiznice‐bf/knjiznica‐odd-za‐zivilstvo/ucbeniki‐v‐elektronski‐obliki/ Izdala Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Jamnikarjeva 101, 1000 Ljubljana Ljubljana, 2020 © (2020) Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta Vse pravice pridržane. Brez predhodnega pisnega dovoljenja UL‐BF so prepovedani reproduciranje, distribuiranje, dajanje v najem, predelava ali vsaka druga uporaba tega avtorskega dela ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku. Odstranitev tega podatka je kazniva. Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani COBISS.SI‐ID=304233984 ISBN 978‐961‐6379‐55‐7 (pdf) Predgovor Pred vami je zbirka nalog in vprašanj iz analiznih metod v živilstvu, ki so jih študentje in študentke reševali v letih 2015‐2019 v okviru izpitov in priprav na izpite. Zbirka je učni pripomoček, namenjen študentom 1. letnika študijskega programa Živilstvo in prehrana na UL BF in pokriva snov prve polovice predavanj pri predmetu analizne metode v živilstvu. Najlažji način, da študentje razumejo in usvojijo snov, potrebno za uspešno opravljanje izpita, je redno obiskovanje predavanj in vaj. Reševanje nalog in iskanje odgovorov na vprašanja iz te zbirke naj služi le kot pomoč pri pripravi na izpit, ne pa kot glavno gradivo. Je pa reševanje nalog zaželjeno, saj študente navaja k večji samostojnosti, z iskanjem odgovorov na vprašanja pa preverjajo razumevanje učne snovi. Želim vam veliko uspeha pri reševanju nalog. Iztok Prislan v Ljubljani, februar 2020 KAZALO UVOD ....................................................................................................................................................... 1 STATISTIČNA INTERPRETACIJA REZULTATOV .......................................................................................... 2 Osnovne enačbe za statistično interpretacijo rezultatov .................................................................... 7 Osnovne tabele za statistično interpretacijo rezultatov ..................................................................... 8 UMERITVENA KRIVULJA IN STANDARDNI DODATEK ............................................................................... 9 NEVTRALIZACIJSKE IN KOMPLEKSOMETRIČNE TITRACIJE ..................................................................... 12 OKSIDACIJSKO –REDUKCIJSKE TITRACIJE IN KONDUKTOMETRIJA ........................................................ 21 OBARJALNE TITRACIJE IN GRAVIMETRIJA.............................................................................................. 25 VIRI IN LITERATURA ............................................................................................................................... 28 Uvod UVOD 1. Kakšne so prednosti instrumentalnih metod pred klasičnimi kemijskimi analiznimi metodami? Katere metode so manj obremenilne za okolje in zakaj? 2. Kaj je to delovno območje in kako ga lahko spremenimo? 3. Na kaj moramo biti pozorni pri shranjevanju vzorcev? 4. Kakšna je koncentracija K+ ionov v vodni raztopini, ki vsebuje 75,5 ppm K3Fe(CN)6. M(K3Fe(CN)6)=329,2 g mol‐1 REŠITEV: C (K+) = 6,88 × 10‐4 M 1 Statistična interpretacija rezultatov STATISTIČNA INTERPRETACIJA REZULTATOV 1. Določiti želimo vsebnost alkohola v dveh sodih z vinom, da bi ugotovili, ali je vino istega izvora. Rezultate naše analize prikazuje spodnja tabela: 1. sod 2. sod oznaka meritve Delež alkohola v vinu [%] Delež alkohola v vinu [%] 1 12,48 12,35 2 12,81 12,72 3 12,52 12,54 4 12,44 12,51 5 12,76 / 6 12,65 / a) Ali podatki kažejo na razliko med vinom v dveh sodih (pri 95 % stopnji zaupanja je t tab=2,31)? REŠITEV: t izračunana < t tabelirana  podatki ne kažejo na razliko v vsebnosti alkohola v obeh sodih a) Pred seboj imamo dva vzorca vina. t‐test rezultatov, dobljenih z neko analitsko tehniko, je pokazal, da med vzorcema ni razlik. Vzorca smo analizirali še z drugo analitsko tehniko in t‐test je pokazal, da sta vzorca različna. Pojasni, kako je to mogoče, če so meritve zanesljive. REŠITEV: imamo dve različni vrsti vin (belo in rdeče) 2. V spodnji tabeli so prikazani rezultati tehtanja 9 kovancev ameriškega centa: št. kovanca 1 2 3 4 5 6 7 8 9 masa / g 3,067 3,049 3,039 2,514 3,048 3,079 3,094 3,109 3,102 Ali lahko s 95 % verjetnostjo zatrdimo, da znotraj niza meritev obstaja odstopajoča vrednost? Kakšna je povprečna masa kovanca ameriškega centa? REŠITEV: Q‐test: Q eksp = 0,88 > Q tab = 0,493  vrednost 2,514 odstopa m(povprečna) = 3,073 g 3. Varianca postopka, ki ga uporablja proizvajalec za določitev vsebnosti acetosalicilne kisline (ASA) v tabletah, znaša 20. Izberemo 10 tablet in v njih določimo vsebnost ASA: št. tablete 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m (ASA) / mg 255 248 253 251 249 249 251 246 253 252 Ali lahko s 95 % verjetnostjo zatrdimo, da je z našimi meritvami in vzorčenjem vse v redu? REŠITEV: F‐test: F eksp = 2,72 < F tab = 3,333  izgleda, da sta vzorčenje in analiza bili pravilno izvedeni 2 Statistična interpretacija rezultatov 4. Dve skupini študentov tehtata kovanec za 2 centa. Dobita naslednje rezultate: 1. skupina 2. skupina m kovanca / g m kovanca / g 3,109 3,040 3,125 3,033 3,119 3,044 3,126 3,018 3,121 3,026 3,120 3,025 a) Izračunaj meje zaupanja za podatke 1. skupine pri upoštevanju 90 % stopnje zanesljivosti ( t=2,02 za N=6 in 90 % stopnjo zanesljivosti). Pri zapisu rezultata ne pozabi na zaokroževanje. REŠITEV: CL = (3,120  0,005) g b) Katera skupina je bila bolj natančna in katera bolj točna pri meritvah, če je »prava« masa kovanca za 2 centa enaka 3,06 g? REŠITEV: 2. skupina je bolj točna, 1. skupina je bolj natančna 5. Želimo določiti količino kositra v hrani. Tekom priprave, smo vzorce morali kuhati v vreli klorovodikovi kislini (pod refluksom). Prvo serijo vzorcev smo kuhali 30 minut, drugo pa 75 minut. Po analizi, smo dobili naslednje vsebnosti kositra v hrani: Čas kuhanja / min Količina kositra v vzorcu / mg kg‐1 30 55 57 59 56 56 59 75 57 55 58 59 59 59 Ali je določena vsebnost kositra odvisna od časa kuhanja v vreli klorovodikovi kislini? REŠITEV: t‐test: t eksp = 0,88 < t tab = 2,23  vsebnost kositra ni odvisna od časa kuhanja 6. Po nesreči v Kemisu so inšpektorji na terenu vzeli 5 vzorcev rastlinja, da bi določili vsebnost kroma. V laboratoriju so v vsakem vzorcu določili vsebnost kroma s pomočjo dveh različnih metod. Rezultati so zbrani v spodnji tabeli: Metoda Povprečna vsebnost Cr / mg kg‐1] standardna deviacija 1 1,48 0,28 2 2,33 0,31 Ali lahko s 95 % verjetnostjo zagotovimo, da sta rezultata, dobljena iz uporabljenih metod, med seboj primerljiva? REŠITEV: t‐test: t eksp = 4,56 > t tab = 2,31  rezultata nista primerljiva 3 Statistična interpretacija rezultatov 7. Iz Soče ste ulovili 3 postrvi in v njih določili naslednje količine živega srebra: Število Postrv Količina Hg / ppm vzorcev 1 3 1,80 1,58 1,64 / / / 2 6 2,06 1,93 2,12 2,16 1,89 1,95 3 5 2,35 2,44 2,70 2,48 2,44 / a) S pomočjo spodnje enačbe izračunaj standardno deviacijo za podatke iz vseh treh nizov in nato izračunaj 95 % mejo zaupanja za povprečje meritev živega srebra v prvi postrvi ( t( N=3) = 4,30) REŠITEV: CL = 1,70  0,30 b) Razvrsti zgornje serije meritev po natančnosti (od najbolj natančne do najmanj natančne). REŠITEV: serija 2 je najbolj natančna, serija 3 pa najmanj natančna 8. Količino Na2CO3 v vzorcu določamo s pomočjo nevtralizacijske titracije. Dva analitika dobita naslednje rezultate: w/w (Na2CO3) / % Analitik A 86,82 87,04 86,93 87,01 86,20 87,00 Analitik B 81,01 86,15 81,73 83,19 80,27 83,94 Ali lahko s 95 % gotovostjo zatrdite, da sta niza rezultatov med seboj primerljiva ali pa med njima obstaja statistično pomembna razlika? REŠITEV: t‐test: t eksp = 4,615 > t tab = 2,23  niza nista primerljiva 9. Upravnika dveh trgovin se prepirata, kateri je bolj optimalno razvrstil prodajne police. Vsak od njiju vpraša nekaj strank, koliko denarja so zapravile za stvari, ki jih pred vstopom v trgovino niso imele namena kupiti (impulzivni nakup). Spodnja tabela prikazuje odgovore strank v prvi in drugi trgovini. Znesek / EUR Trgovina 1 15,80 17,70 10,60 15,80 13,50 Trgovina 2 15,20 18,20 15,40 21,90 12,90 13,70 18,40 Ali lahko s 95 % gotovostjo zatrdite, da je razporeditev prodajnih polic vplivala na količino zapravljenega denarja za impulzivne (nepotrebne) nakupe? REŠITEV: t eksp = 1,058 < t tab = 2,23 4 Statistična interpretacija rezultatov 10. Vsebnost maščobe v čipsu določiš posredno s tehtanjem vzorca pred in po ekstrakciji maščobe s pomočjo superkritičnega CO2. Dobiš naslednje podatke: Številka vzorca Začetna masa / g Končna masa / g 1 1,1661 0,9253 2 1,1723 0,9252 3 1,2525 0,9850 4 1,2280 0,9562 5 1,2837 1,0119 Določi povprečno vsebnost maščobe (w/w) v čipsu in rezultat podaj s standardno deviacijo. Iz predhodnih meritev je znano, da je vsebnost maščobe v analiziranem čipsu 22,7 % (w/w). Ali lahko s 95 % gotovostjo zatrdite, da je vsebnost maščobe, dobljena na podlagi zadnjih meritev, primerljiva s predhodnimi analizami? REŠITEV: t‐test: t eksp = 5,88 > ttab = 2,31  rezultati niso primerljivi 11. Med odraslimi nad 70 let in odraslimi, ki so stari med 20 in 30 let izvedete raziskavo o srečnem življenju. Ocena 60 označuje najbolj srečno življenje, ocena 0 pa označuje najbolj nesrečno življenje. Anketa je dala naslednje rezultate: Starejši odrasli 45 38 52 48 25 39 51 Mlajši odrasli 34 22 15 27 37 41 24 Ali lahko s 95 % verjetnostjo trdimo, da so starejši odrasli in mlajši odrasli enako srečni v življenju? REŠITEV: t eksp = 2,6847 > t tab = 2,18 12. Za novo poljščino pričakujete donos 12,0 tone na hektar obdelane površine. Na koncu sezone preverite donos pri 10 naključno izbranih kmetijah. Rezultati so zbrani v tabeli: Kmetija 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Donos [t/ha] 14,3 12,6 13,7 10,9 13,7 12,0 11,4 12,0 12,6 13,1 Ali lahko s 95 % verjetnostjo trdimo, da so vaša pričakovanja izpolnjena? REŠITEV: t eksp = 1,836 < t tab = 2,26 13. Raziskovalka je primerjala višino rastlin, razdeljenih v dve skupini, ki sta bili obsevani s svetlobo različnih jakosti. Njeni rezultati so prikazani v spodnji tabeli. Ali lahko s 95 % gotovostjo zaključi, da moč svetlobe vpliva na višino rastlin? Višina / cm Šibka svetloba 49 35 43 31 40 44 49 48 33 Močna svetloba 45 40 59 58 55 50 46 53 43 REŠITEV: t eksp = 2,635 > t tab = 2,12 5 Statistična interpretacija rezultatov 14. Nariši krivuljo, s katero prikažemo Gaussovo porazdelitev, označi koordinatne osi in na kratko razloži, kaj nam krivulja prikazuje. Skiciraj, kako se krivulja spreminja z večanjem in manjšanjem variance. 15. Razloži razliko med natančnostjo in točnostjo. Kaj je pokazatelj točnosti in kaj natančnosti? (NAMIG: Spomni se na napake.) 16. Predstavi en primer s proporcionalno napako in en primer s konstantno napako. Kaj je bistvena razlika med obema napakama? 17. Kako bi matematično ugotovil, ali je povezava med koncentracijo/maso ter signalom detektorja linearna? Naštej dve analitski metodi, kjer s pomočjo premice določimo koncentracijo/maso analita. 18. Kaj so to sistematične napake in kako jih lahko odpravimo? 19. Skozi dve točki narišemo premico. Kakšen je korelacijski koeficient? Razloži! 6 Statistična interpretacija rezultatov Osnovne enačbe za statistično interpretacijo rezultatov 1 1 𝑔 𝑥 𝑒 𝑆 𝑥 𝑥̅ 𝑥 𝑥 𝜎√2𝜋 𝑁 ∑ 𝑥 𝜇 1 𝜎 𝑆 𝑦 𝑦 𝑦 𝑦 𝑁 𝑁 𝑆 𝑥 𝑥̅ 𝑦 𝑦 ∑ 𝑥 𝑥̅ 𝑠 𝑁 1 1 𝑥 𝑦 𝑥 𝑦 𝑁 ∑ 𝑥 ∑ 𝑥 ∑ 𝑥 𝑥̅ 𝑦 𝑦 𝑆 𝑘 𝑠 𝑁 ∑ 𝑥 𝑥̅ 𝑆 𝑁 1 𝑧𝜎 CL 𝜇 𝑥̅ 𝑆 𝑘 𝑆 𝜎 √𝑁 𝑁 2 𝑆 𝑥 𝑥 𝑆 𝑘 𝑆 1 𝑄 𝜎 𝑥 𝑥 𝑁 2 𝑁 ∑ 𝑥 ⁄∑ 𝑥 𝜎 𝑠 𝑆 𝐹 ali 𝐹 𝑟 𝜎 𝑠 𝑆 𝑆 𝑥̅ 𝑥̅ 𝑁𝑀 𝑡 𝑠 𝑁 𝑀 𝑁 1 𝑠 𝑀 1 𝑠 𝑠 𝑁 𝑀 2 𝑥̅ 𝜇 𝑡 𝑁 𝑠 7 Statistična interpretacija rezultatov Osnovne tabele za statistično interpretacijo rezultatov TABELA 1: Vrednosti Q za 95 % verjetnost Velikost niza 4 5 6 7 8 Mejna vrednost Q 0,831 0,717 0,621 0,570 0,524 TABELA 2: Porazdelitev t za 95 % verjetnost Prostostna 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 stopnja t (95 %) 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,36 2,31 2,26 2,23 2,20 2,18 TABELA 3: Kritične vrednosti F za 95 % verjetnost št. meritev števec imenovalec 5 6 7 8 9 10  5 9,605 9,364 9,197 9,074 8,980 8,905 8,257 6 7,388 7,146 6,978 6,853 6,757 6,681 6,015 7 6,227 5,988 5,820 5,695 5,600 5,523 4,849 8 5,523 5,285 5,119 4,995 4,899 4,823 4,142 9 5,053 4,817 4,652 4,529 4,433 4,357 3,670 10 4,718 4,484 4,320 4,197 4,102 4,026 3,333  2,786 2,567 2,408 2,288 2,192 2,114 1,000 8 Umeritvena krivulja in standardni dodatek UMERITVENA KRIVULJA IN STANDARDNI DODATEK 1. Tekom elektrokemijske analize raztopine z Ni2+ ioni, smo izmerili tok 2,36 µA. Ko 25,0 ml te raztopine dodamo 1,0 ml 0,03 M raztopine Ni2+ ionov, se izmerjen tok povzpne na 3,79 µA. a) Izračunaj koncentracijo Ni2+ v prvotni raztopini. REŠITEV: czačetna = 1,910‐3 M b) Ni2+ lahko določimo tudi s titracijo z EDTA. Stabilnostna konstanta kompleksa znaša 2,5×1018. Kako bi določil koncentracijo Ni2+ ob hkratni prisotnosti Ca2+ ionov, ki z EDTA tvorijo kompleks, katerega stabilnostna konstanta znaša 4,5×1010? 2. Sestavimo potenciometrično celico iz kalomelske in svinčeve elektrode. Napetost med referenčno in indikatorsko elektrodo se spreminja v skladu z enačbo: 𝐸 𝐾 0,0296 log Pb , kjer je K konstanta, lastna uporabljenemu galvanskemu členu. Celico potopimo v 50,00 ml vzorca in voltmeter pokaže napetost ‐0,4706 V. Če v merjeno raztopino dodamo 5,00 ml raztopine Pb2+ ionov ( c=0,0200 M), izmerjena napetost naraste na – 0,4490 V. a) Izračunaj koncentracijo svinca v vzorcu. REŠITEV: c(Pb2+) = 0,41 mM b) Razloži, kakšna je razlika med indikatorsko in referenčno elektrodo (na splošno). Prav tako pojasni, ali bi se napetost celice spremenila, če bi npr. kalomelsko elektrodo zamenjali z drugo referenčno elektrodo? 3. Želimo določiti količino svinca, ki se izloči iz keramične posode. V posodo najprej nalijemo 4 % ocetno kislino in jo pustimo stati 24 ur. Z merilnim valjem odmerimo 50,0 ml raztopine, jo prenesemo v merilno celico in izmerimo odziv instrumenta. Nato z merilnim valjem znova odmerimo 50,0 ml raztopine iz keramične posode, ji dodamo 25 l raztopine s koncentracijo svinca 1000 ppm, jo prenesemo v merilno celico in izmerimo odziv instrumenta. Postopek ponovimo še dvakrat, le da tokrat dodamo 50 in 75 l raztopine s koncentracijo svinca 1000 ppm. Rezultate meritev prikazuje spodnja tabela: Vstandardna raztopina (1000 ppm Pb2+) odziv instrumenta / A 0 2,5 25 3,7 50 4,9 75 6,0 a) Izračunaj koncentracijo svinca v 4 % ocetni kislini. REŠITEV: C vzorec = 1,074 ppm b) Razloži razliko med indikatorsko in referenčno elektrodo. Naštej vsaj dve referenčni elektrodi, ki sta pogosto v uporabi. 9 Umeritvena krivulja in standardni dodatek 4. S pomočjo kombinirane ionoselektivne elektrode želite določiti koncentracijo Ca2+ ionov v vodi. V navodilih preberete, da se napetost kombinirane elektrode spreminja po enačbi: 𝐸 𝐸 𝑘 log Ca Najprej izmerite napetost kombinirane elektrode v standardnih raztopinah Ca2+ ionov. Dobite naslednje rezultate: [Ca2+] / M 1,00×10‐5 1,00×10‐4 1,00×10‐3 1,00×10‐2 E / V ‐0,125 ‐0,093 ‐0,065 ‐0,033 Nato izmerite napetost kombinirane elektrode v vzorcu vode. Voltmeter pokaže napetost ‐ 0,084 V. a) S pomočjo metode umeritvene krivulje določi neznano koncentracijo Ca2+ ionov v vzorcu vode (lahko uporabiš linearno regresijo ali pa rešitev pridobiš grafično). REŠITEV: [Ca2+] = 2,1710‐4 M b) Kaj si predstavljaš pod izrazom »kombinirana ionoselektivna elektroda«? 5. Metilparaben (MePa) je ester hidroksibenzojske kisline in se uporablja kot konzervans v kozmetičnih izdelkih ter izdelkih za osebno nego. MePa ste najprej s posebno metodo ekstrahirali iz ustne vode in ga raztopili v etanolu. Po 2 ml tako pripravljene založne raztopine ste odpipetirali v vsako od 5 kivet z volumnom 3 ml. V prvo kiveto ste odpipetirali še 1 ml etanola, v drugo kiveto 1 ml 6 M raztopine MePa v etanolu, v tretjo kiveto 1 ml 12 M raztopine MePa v etanolu, v četrto kiveto 1 ml 18 M raztopine MePa v etanolu in v peto kiveto 1 ml 24 M raztopine MePa v etanolu. S pomočjo spektrofotometra ste izmerili absorbanco vseh petih raztopin v območju od 225 do 350 nm in od spektrov odšteli absorbanco slepe raztopine. Dobljene rezultate prikazuje grafikon na desni. Izračunaj koncentracijo MePa v založni raztopini. 0,35 vzorec ustne vode 0,30 dodatek 6 M MePa dodatek 12 M MePa dodatek 18 M MePa 0,25 dodatek 24 M MePa 0,20 A 0,15 0,10 0,05 0,00 220 240 260 280 300 320 340 360 / nm REŠITEV: C (MePa) = 7,3 µ 10 Umeritvena krivulja in standardni dodatek 6. Se(IV) v vodi določamo s pomočjo tvorbe kompleksa, ekstrakcije ter merjenja intenzitete fluorescenčne emisije pri 520 nm, pri vzbujevalni svetlobi valovne dolžine 380 nm. Kalibracijo izvedemo z dodajanjem znane količine Se(IV) v vzorce vode pred analizo. Upoštevajoč podatke v spodnji tabeli, izračunaj koncentracijo Se(IV) v vzorcu. koncentracija dodanega Se(IV) v vzorcu / nM Intenziteta emisije 0,0 323 2,0 597 4,0 862 6,0 1123 REŠITEV: C (Se(IV) = 2,45 nM 7. Razloži razliko med umeritveno krivuljo in standardnim dodatkom ter skiciraj, kako s pomočjo obeh metod določiš neznano koncentracijo analita v vzorcu. 11 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije NEVTRALIZACIJSKE IN KOMPLEKSOMETRIČNE TITRACIJE 1. Zatehtamo 0,5 g neznanega vzorca, ki vsebuje med 40 % in 70 % Na2CO3. Raztopimo ga v 75 ml vode in izvedemo titracijo z 0,125 M HCl. Spremljamo pH v odvisnosti od volumna dodane kisline, v vzorcu pa razen Na2CO3 ni snovi, ki bi vplivale na pH ali reagirale s kislino. Potek titracijske krivulje prikazuje spodnja slika: 14 12 10 8 pH 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 V (HCl) / ml a) Izračunaj delež Na2CO3 v neznanem vzorcu ( M(Na2CO3)=106 g mol‐1). REŠITEV: w(Na2CO3) = 0,53 b) Iz grafa določi p K a1 in p K a2 ter s pomočjo Henderson‐Hasselbalchove enačbe razloži, kaj predstavlja p K a. REŠITEV: p K a1 = 10,3 p K a2 = 6,3 c) Na zgornji sliki skiciraj potek titracijske krivulje, če bi neznani vzorec vseboval 20 % več Na2CO3. 2. Titriramo 50,0 ml kisline z 0,200 M raztopino baze. Rezultat titracije je prikazan na spodnji sliki. Območje okoli ekvivalentne točke lahko opišemo s pomočjo polinoma pH = ‐0,3488 V 3 + 26,155 V 2 ‐ 649,06 V + 5336. a) Izračunaj začetno koncentracijo kisline. REŠITEV: c = 0,10 M b) Določi p K a in s pomočjo Henderson‐Hasselbalchove enačbe razloži, kako je definiran. REŠITEV: p K a  1,3 14,00 12,00 10,00 8,00 pH 6,00 4,00 2,00 0,00 Vtitranta 12 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 3. V časi zmešamo 50,0 ml 0,030 M raztopine Ni2+ ionov in 50,0 ml 0,050 M raztopine EDTA. pH mešanice znaša 9. Privzemi, da sta pri omenjenem pH‐ju prisotni samo popolnoma deprotonirane in enkrat protonirane molekule EDTA (glej spodnjo sliko). a) Izračunaj koncentracijo prostih 1,0 Ni2+ ionov v raztopini, če tvorbena Y4- konstanta za nastanek kompleksa 0,8 HY3- Ni2+ z EDTA znaša 4,21018. 0,6 REŠITEV: [Ni2+] = 4,510‐18 M  0,4 0,2 b) S pomočjo slike na desni določi p K a 0,0 za spodnjo reakcijo: 0 2 4 6 8 10 12 14 pH H O 2 H O+ 3 REŠITEV: p K a = 10,1 4. Indikator fenolftalein spremeni barvo v pH območju med 8,3 in 10, indikator metiloranž pa spremeni barvo v pH območju med 3,1 in 4,4. V 50 ml destilirane vode zatehtaš 1 g Na2CO3, 1g NaHCO3 in 1g NaOH. Raztopino titriraš z 1 M HCl. p K a1 (H2CO3) = 6,37, p K a2 (H2CO3) = 10,33 a) Izračunaj volumen porabljene HCl, če za indikator uporabiš samo fenolftalein in če za indikator uporabiš samo metiloranž. REŠITEV: Fenolftalein (titriramo NaOH + Na2CO3): V (HCl) = 34,4 ml Metiloranž (titriramo NaOH + Na2CO3 + NaHCO3): V (HCl) = 55,8 ml b) Razloži mehanizem, zaradi katerega navedena indikatorja spremenita barvo in oceni p K a obeh indikatorjev. 5. V 250 ml čaši zmešaš 40,00 ml 0,237 M raztopine HCl in 75,00 ml 0,133 M raztopine NaOH. a) Izračunaj pH dobljene raztopine. Privzemi idealno obnašanje raztopin. REŠITEV: pH = 11,63 b) V čašo naliješ raztopino neznane kisline in jo titriraš z raztopino NaOH. Kako bi lahko iz oblike titracijske krivulje ugotovil, ali spada neznana kislina v skupino šibkih ali močnih kislin? Skiciraj titracijski krivulji in izpostavi/razloži razlike. 13 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 6. Da je titracija poljubne kovine z EDTA uspešna, mora biti praktična tvorbena konstanta vsaj 108. Tvorbena konstanta Fe2+ kovine z EDTA znaša 2,0×1014, deleži popolnoma deprotonirane EDTA pri različnih pH‐jih, pa so zbrani v spodnji tabeli: pH 3 4 5 6 7 8 9 10 (Y4‐) 2,1×10‐11 3,0×10‐9 2,9×10‐7 1,8×10‐5 3,8×10‐4 4,2×10‐3 0,041 0,30 a) Kakšen je najnižji pH, pri katerem še lahko izvedem titracijo Fe2+ ionov z EDTA? REŠITEV: Najnižji pH je nekoliko nad 5 (pH  5,01) b) Določi p K a za spodnjo reakcijo, če imaš podan graf deležev popolnoma 1,0 0,9 deprotonirane in enkrat protonirane Y4- 0,8 HY3- EDTA v odvisnosti od pH. Svojo rešitev 0,7 pojasni. 0,6  0,5 0,4 0,3 H2O H O+ 3 0,2 0,1 0,0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pH 7. Organsko molekulo z eno karboksilno skupino (‐COOH) in eno aminsko 14 K K + 1 + 2 skupino(‐NH OH O O 2) označimo kot H N H N H N 12 3 3 2 aminokislino GLICIN. Popolnoma O O O protoniran glicin lahko odda dva 10 protona (en se nahaja na amino 8 skupini, drugi pa na karboksilni pH skupini), ki pa imata različni konstanti 6 disociacije (glej reakcijo na desni sliki). 4 V laboratoriju ste izvedli pH‐titracijo glicina. Kot merilni inštrument ste 2 uporabili kombinirano elektrodo 0 priključeno na pH‐meter. Na koncu 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 vašega eksperimenta ste dobili krivuljo, V(NaOH, c = 2 M) / ml ki je prikazana na desni sliki. a) Zaradi dodajanja NaOH se volumen raztopine veča, koncentracija glicina pa manjša. V točki p K 2 je bila koncentracija glicina 0,093 M. Kolikšna je bila koncentracija glicina na začetku? REŠITEV: c 0 = 0,1 M b) Določi pH raztopine, ko bo v njej delež nevtralne oblike glicina 70%. REŠITEV: Dve takšni točki; pH = 2,8 in pH = 8,3 14 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 8. Izvedeš dve titraciji 0,050 M raztopine Ca2+ ionov z 0,050 M raztopino EDTA in dobimo dve titracijski krivulji (glej sliko na desni). a) Za obe krivulji določi volumen začetne raztopine Ca2+ ionov in koncentracijo prostih Ca2+ ionov po dodanih 30 ml raztopine EDTA. REŠITEV: V = 25 ml (za obe raztopini) 12 [Ca2+] = 2,010‐10 (črna kriv.) [Ca2+] = 1,610‐8 (rdeča kriv.) 10 b) Iz oblike titracijskih krivulj 8 ugotovi, katera titracija je n+ bila izvedena pri pH = 10 in 6 pM katera pri pH = 8. Svojo odločitev pojasni. 4 REŠITEV: 2 pH = 10  črna krivulja pH = 8  rdeča krivulja 0 0 10 20 30 40 50 V (EDTA) / ml 9. S pomočjo Kjeldahlovega postopka smo določali delež dušika v pšenični moki. V bučko zatehtate 0,9092 g vzorca moke, v erlenmajerico za titracijo pa nalijete 50,00 ml raztopine klorovodikove kisline s koncentracijo 0,05063 M. Po končanem eksperimentu, smo presežek kisline v erlenmajerici nevtralizirali z 7,46 ml raztopine natrijevega hidroksida s koncentracijo 0,04917 M). a) Izračunaj delež dušika v vzorcu moke. REŠITEV: w(N) = 0,033 b) Opiši Kjeldahlov postopek za določanje dušika (pomagaj si s sliko na desni). 10. S pomočjo Kjeldahlovega postopka smo določali delež proteinov v fižolu. Eksperiment smo izvedli v dveh paralelkah (rezultat druge paralelke je zabeležen v oklepaju). V bučko zatehtate 1,015 g (1,025 g) zdrobljenega fižola, v erlenmajerico za titracijo pa nalijete 50,00 ml raztopine klorovodikove kisline s koncentracijo 0,1120 M. Po končanem eksperimentu, smo presežek kisline v erlenmajerici nevtralizirali s 12,0 ml (11,8 ml) raztopine kalcijevega hidroksida s koncentracijo 0,1050 M). Izračunaj masni delež proteinov v fižolu, če privzameš, da je povprečni masni delež dušika v proteinih 17,5 %. REŠITEV: w(proteini) = 0,243 15 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 11. Količino kalcija v krvnem serumu lahko določimo s pomočjo kompleksometrične titracije z EDTA. 1 ml vzorca krvnega seruma odpipetiraš v 50 ml čašo, razredčiš z 9 ml vode in dodaš 2 kapljici 4 M NaOH. Izvedeš potenciometrično titracijo z EDTA. Da si dosegel ekvivalentno točko, si porabil 2,47 ml 1,0910‐4 M EDTA. a) Izračunaj koncentracijo kalcija v krvnem serumu (v mg / l). REŠITEV:  = 10,8 mg/l b) Razloži, zakaj si tekom eksperimenta dodal dve kapljici 4 M NaOH. 12. Izračunaj koncentracijo prostih magnezijevih kationov in pMg2+, če 50,0 ml 0,0500 M raztopine Mg2+ ionov v pufru s pH = 10,0 dodamo 50,0 ml 0,0500 M raztopine EDTA. pH α (Y4‐) Pomagaj si s tabelama 1 in 2. 0 1,3 × 10‐23 1 1,4 × 10‐18 2 2,6 × 10‐14 3 2,1 × 10‐11 4 3,0 × 10‐9 Ion log K f Ion log Kf 5 2,9 × 10‐7 Li+ 2,95 V3+ 25,9 6 1,8 × 10‐5 Na+ 1,86 Cr3+ 23,4 7 3,8 × 10‐4 K+ 0,8 Mn3+ 25,2 8 4,2 × 10‐3 Be2+ 9,7 Fe3+ 25,1 9 0,041× Mg2+ 8,79 Co3+ 41,4 10 0,30 Ca2+ 10,65 Zr4+ 29,3 11 0,81 12 0,98 REŠITEV: pMg2+=4,93 13. Kakšne so prednosti in slabosti uporabe kombinirane pH elektrode za spremljanje titracije, v primerjavi z uporabo indikatorjev? 14. Razloži razliko med indikatorsko in referenčno elektrodo. Naštej vsaj dve referenčni elektrodi, ki sta pogosto v uporabi. 15. Kaj so to pufri? Zakaj jih uporabljamo? Kako bi lahko izračunal pH pufra, če poznaš koncentracije njegovih sestavnih delov? 16. Desna slika prikazuje spreminjanje pH‐ja 14 raztopine različnih kislin (označenih od a do 12 f) tekom titracije z raztopino NaOH. (f) 10 Ugotovi, katera kislina je najmočnejša in (e) katera ima p K 8 a=5. Svojo odločitev pojasni. (d) pH Za katero kislino oz. katere kisline bi lahko 6 (c) določil ekvivalentno točko, če bi za 4 (b) indikator uporabil fenolftalein, ki se pri pH (a) 2  8 obarva vijolično? 0 0 10 20 30 40 50 60 70 V (NaOH) / ml 16 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 17. Opiši Kjeldahlov postopek za določanje dušika (pomagaj si s sliko na desni). 18. Razloži razliko med aktivnostjo in koncentracijo topljenca. Kdaj sta ti dve količini enaki? 19. V 100 ml čaši zatehtamo NaOH in Na2CO3 in dodamo 50 ml vode. Dobljeno raztopino, v kateri je koncentracija obeh komponent enaka, titriramo s kislino HCl. Skiciraj titracijsko krivuljo. 20. Konstanta za tvorbo kompleksa Fe2+ z EDTA znaša 2,01014, konstanta za tvorbo kompleksa Fe3+ z EDTA pa 1,31025. Koliko molekul EDTA potrebujemo za titracijo 1 mola Fe2+ ionov in koliko za titracijo 1 mola Fe3+ ionov? Pri kateri titraciji lažje določimo ekvivalentno točko? 14 21. Izvedemo titracijo 20 ml 0,05 M 12 triprotične kisline z 0,1 M NaOH. Ugotovi, katere pK 10 a lahko odčitaš iz grafa na desni, jih označi in zapiši. Prav 8 tako označi točko na krivulju, kjer je pH titracija končana (kislina je oddala vse 6 protone). 4 2 22. Kako lahko vplivamo na napetost galvanskega člena, ne da bi zamenjali 0 0 10 20 30 40 elektrode. Razloži! V / ml (NaOH) 23. V tri čase zmešamo raztopino Ni2+ 1,0 ionov in prebitek raztopine EDTA. V Y4- prvi čaši je pH = 9,0, v drugi je pH = 0,8 HY3- 10,0 in v zadnji je pH = 11,0. S pomočjo grafa na desni razloži, v kateri čaši je 0,6 največ prostih Ni2+ ionov.  0,4 24. Na istem grafu skiciraj titracijski krivulji za titracijo 0,1 M ocetne kisline 0,2 in 0,1 M HCl z 0,1 M raztopino NaOH. 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 pH 17 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 25. Izvedemo titracijo 0,10 M raztopine ocetne kisline z 0,10 M raztopino NaOH in titracijo 0,0010 M raztopine ocetne kisline z 0,0010 M raztopino NaOH. Potek titracij prikazuje spodnji graf. Ugotovi, kateri indikator je najbolj primeren za posamezno titracijo, če je območje prehoda za indikator brom‐krezol zeleno med pH = 4 in 5,5, območje prehoda za bromtimol modro med pH = 6 in 7,5 in območje prehoda za fenolftalein med pH = 8 in 9,5. Ali bi bilo bolje pri kateri od prikazanih titracij uporabiti kakšen drug indikator in zakaj? 14 12 10 8 pH 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 V (NaOH) / ml 26. Izvedemo titracijo 0,10 M raztopine ocetne kisline z 0,10 M raztopino NaOH in titracijo 0,0010 M raztopine ocetne kisline z 0,0010 M raztopino NaOH. Ugotovi, kateri titraciji pripada posamezna krivulja na spodnji sliki. Odločitev utemelji. 14 12 10 8 pH 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 V (NaOH) / ml 18 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 27. Kako lahko dosežemo pogoje za selektivno in kvantitativno titracijo z EDTA? 28. Izvedeš dve titraciji raztopine Ca2+ ionov z 12 raztopino EDTA. Rezultata sta prikazana na 10 desnem grafu. Ugotovi, katera krivulja pripada 8 titraciji pri nižjem pH‐ju in katera titraciji pri n+ višjem pH‐ju. Svojo odločitev pojasni. 6 pM 4 2 0 0 10 20 30 40 50 V / ml 29. Izvedemo titracijo fosforjeve (V) kisline in 1,0 spremljamo delež popolnoma protonirane 0,8 oblike, enkrat deprotonirane, dvakrat i= deprotonirane in popolnoma deprotonirane 0,6 1  i oblike (graf na desni). S kemijskimi simboli 2 0,4 3 zapiši posamezne oblike fosforjeve (V) kisline 4 in označi, katera krivulja prikazuje njihov delež 0,2 v raztopini v odvisnosti od pH. Zapiši vse 0,0 vrednosti pKa za fosforjevo (V) kislino. -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 pH 30. Izvedemo titracijo fosforjeve (V) kisline z NaOH in spremljamo delež popolnoma protonirane 1,0 oblike, enkrat deprotonirane, dvakrat 0,8 i= deprotonirane in popolnoma deprotonirane PO 3- 0,6 4 2- oblike (graf na desni). Zapiši vse vrednosti pK  i HPO a 4 H PO - za fosforjevo (V) kislino in razloži, kateri 0,4 2 4 H PO 3 4 indikator bi uporabil za določanje prve 0,2 ekvivalentne točke in katerega za določanje 0,0 druge ekvivalentne točke (pKa (timol modro) = -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 1,6; pKa (metiloranž) = 4,2; pKa (fenol rdeče) = pH 7,4; pKa (fenolftalein) = 9,7) 31. Titracijo p‐nitrofenola (p K a = 7,0) lahko spremljamo spektrofotometrično pri  = 545 nm. p-nitrofenol pri tej valovni dolžini ne absorbira, medtem ko njegova konjugirana baza absorbira. Skiciraj spektrofotometrično titracijsko krivuljo, če 50 ml 0,050 M raztopine p‐nitrofenola dodajaš 0,10 M NaOH. Zapiši tudi reakcijo, ki poteka v raztopini. 19 Nevtralizacijske in kompleksometrične titracije 32. V raztopini so prisotni Fe3+ in Ca2+ ioni. Tvorbena konstanta nastanka kompleksa Fe3+ ionov z EDTA znaša 1025, tvorbena konstanta nastanka kompleksa Ca2+ ionov z EDTA pa znaša 1011. Zapiši reakciji, na kateri se nanašata omenjeni tvorbeni kontanti in razloži, kako bi s pomočjo titracije z EDTA lahko določil koncentracijo Fe3+ in Ca2+ ionov v raztopini. 33. Pripraviš 150 ml 0,1 M oksalne kisline in raztopino titriraš z 1 M NaOH. Potek titracijske krivulje prikazuje spodnji graf: 14 12 10 8 pH 6 4 Oksalna kislina 2 0 V / ml NaOH Na grafu pravilno oštevilči x os in odčitaj p K a oksalne kisline. Ne pozabi na zapis računov! 34. Spodnja slika prikazuje titracijo raztopine Na2CO3 z 0,15 M HCl. Skiciraj potek titracijske krivulje, če bi za titracijo uporabil 0,20 M HCl. 13 11 9 7 pH 5 3 1 0 10 20 30 40 50 V (HCl) / ml 20 Oksidacijsko‐redukcijske titracije in konduktometrija OKSIDACIJSKO –REDUKCIJSKE TITRACIJE IN KONDUKTOMETRIJA 1. S pomočjo konduktometra in celice za merjenje prevodnosti ste izmerili molsko prevodnost NaCl v odvisnosti od korena koncentracije. Vaše rezultate prikazuje spodnji graf: 122 120 118 -1 lo 116 m2 114 cm 112 S /  110 108 106 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 c / mol cm-3 a) Izračunaj molsko prevodnost pri neskončnem razredčenju in Kohlrauschevo konstanto. REŠITEV: A = 1735 S cm7/2 mol‐3/2,  = 124 S cm2 mol‐1 b) Kakšna je specifična prevodnost pri c(NaCl) = 410‐3 M ? REŠITEV:  = 4,82  10‐4 S cm‐1 2. S pomočjo konduktometra in celice za merjenje prevodnosti si izmeril specifično prevodnost dveh raztopin NaCl. Dobiš naslednja rezultata: CNaCl / mM  / S cm‐1 10 1173 50 5560 a) Izračunaj specifično prevodnost 100 mM raztopine NaCl. REŠITEV:  = 10700 S cm‐1 b) Razloži, zakaj potrebujemo različne celice za merjenje prevodnosti in kako določimo konstanto celice za merjenje prevodnosti. 21 Oksidacijsko‐redukcijske titracije in konduktometrija 3. V deionizirano vodo dodajamo topljenec SDS (natrijev dodecilsulfat – glej sliko). S pomočjo konduktometra in celice za merjenje prevodnosti ste izmerili prevodnost vodnih raztopin z različnimi koncentracijami SDS. Vaše rezultate prikazuje spodnji graf: 1400 1200 1000 -1 800 S cm 600  400 200 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 C (SDS) (ppm) a) Določi kritično micelno koncentracijo SDS. Rezultat podaj v enotah mol/l. REŠITEV: c.m.c = 7,5  10‐3 b) Zakaj prevodnost po doseženi kritični micelni koncentraciji narašča počasneje kot pred njo? 4. S pomočjo podatkov z grafa spodaj izračunaj stopnjo in konstanto disociacije ocetne kisline s c = 210‐2 mol dm‐3. 1,8x10-3 1,5x10-3 ] 1,2x10-3 -1 cm 9,0x10-4   c 6,0x10-4 3,0x10-4 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 1/ [mol cm-2] REŠITEV: α = 0,17 (to je rešitev, ki sledi iz grafa, vendar to ni »prava« stopnja disociacije za ocetno kislino) 22 Oksidacijsko‐redukcijske titracije in konduktometrija 5. Butanojska kislina je šibek elektrolit. Njena disociacijska konstanta pri T = 25 °C znaša 1,51510‐5 in molska prevodnost pri neskončnem razredčenju ima vrednost 382,4210‐4 S m2 mol‐1. a) Izračunaj specifično prevodnost kisline v 0,01 M raztopini. REŠITEV:  = 0,0149 Sm‐1 b) Opiši eksperiment, s katerim bi ugotovil, ali vzorec z znano koncentracijo spada med močne ali med šibke elektrolite. 6. Razloži, kako deluje prenosni merilnik glutena. 7. Skiciraj celico za merjenje prevodnosti in razloži, kakšna je razlika med celicama za merjenje prevodnosti šibkih ter močnih elektrolitov. 8. S pomočjo Nernstove enačbe razloži, kako lahko spremeniš napetost galvanskega člena. 9. Skiciraj celico za merjenje prevodnosti in pojasni, kako ji določimo konstanto. 10. V Danielovem členu poteka reakcija: Zn (s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu (s). V celico s cinkom dodamo nekaj ZnSO4. Razloži, kaj se bo zgodilo z napetostjo člena. 11. S pomočjo grafa opiši, kako lahko z merjenjem prevodnosti določiš kritično micelno koncentracijo. 12. Sestaviš galvanski člen iz raztopin Cd2+ in Pb2+ ionov ter odgovarjajočih kovinskih elektrod. V napetostni vrste najdete sledeče podatke za standardni potencial kadmija in svinca pri 25 °C: Cd2+ + 2e‐ → Cd Eɵ = ‐0,40 V Pb2+ + 2e‐ → Pb Eɵ = ‐0,13 V Označi katodo, anodo, zapiši celokupno reakcijo in določi, katera kovina se oksidira in katera reducira. 13. Kako se spreminja specifična prevodnost raztopine med titracijo mešanice šibke in močne kisline z močno bazo? Nariši graf in ga razloži. 14. S pomočjo Nernstove enačbe razloži, kdaj in zakaj se prične spreminjati barva oksidacijsko-redukcijskega indikatorja. 15. Kako se spreminja specifična prevodnost raztopine med titracijo mešanice šibke in močne kisline z močno bazo? Nariši graf in ga razloži. 23 Oksidacijsko‐redukcijske titracije in konduktometrija 16. Z rancimatom analiziraš dve vrsti olj in dobiš rezultat prikazan na desnem grafu. Katera 100 olje 1 krivulja pripada oljčnemu in katera olje 2 sončničnemu olju? Svojo odločitev pojasni. 80 -1 cm 60 17. Z rancimatom določiš indukcijski čas S 40 sončničnega olja. Nato spremeniš nastavitve  / rancimata (pogoje eksperimenta) in ponovno 20 izmeriš indukcijski čas enakega vzorca. Tokrat 0 je bil indukcijski čas daljši. Pojasni, katere 0 2 4 6 8 10 12 nastavitve si spremenil na rancimatu. Kaj je to t / h indukcijski čas, ki ga dobimo z meritvijo na rancimatu? 18. S katero metodo bi testiral oksidativno stabilnost živil? Na kratko razloži princip delovanja te metode. 19. Spodaj sta prikazani analizi olivnega in sončničnega olja na Rancimatu. Razloži, katera krivulja pripada kateremu olju. Kaj bi se zgodilo s krivuljama, če bi vsakemu izmed olj dodali enako količino soka granatnega jabolka, ki je znan po visoki vsebnosti antioksidantov? Odgovor pojasni! 24 Obarjalne titracije in gravimetrija OBARJALNE TITRACIJE IN GRAVIMETRIJA 1. 0,7336 g zlitine, ki vsebuje baker in cink, raztopiš v 8 M raztopini HCl in dobljeno raztopino razredčiš z vodo v bučki do končnega volumna 100 ml. Odpipetiraš 25 ml raztopine in po obarjanju ter sušenju dobiš 0,1163 g oborine z molekulsko formulo Zn2P2O7. Nato odpipetiraš še 25 ml raztopine zlitine in po obarjanju ter sušenju dobiš 0,2564 g oborine z molekulsko formulo CuSCN. a) Izračunaj delež (w/w) Zn in Cu v analizirani zlitini. REŠITEV: w (Zn) = 0,27, w (Cu) = 0,73 b) Pri dani temperaturi lahko pripravimo raztopino CaF2 z najvišjo koncentracijo 2,14 x 10‐4 M. Izračunaj topnostni produkt CaF2. REŠITEV: K sp = 3,9  10‐11 2. 1000 l juhe z 8,67 % w/w deležem suhe snovi in gostoto 1,0183 g/ml želite zgostiti, tako da bo vsebovala 28,63 % suhe snovi. Izhodiščno raztopino segrevate 2 uri in nato odvzamete 10,0 ml vzorca. Stehtate poseben lonček ( m lonček = 15,231 g) in vanj kvantitativno prenesete 2,0 ml odvzetega vzorca. Lonček z alikvotom stehtate ( m alikvota+posode = 17,343 g) in ga nato postavite v sušilnik. Uparite vso vodo, posodo s suhim preostankom ohladite v eksikatorju in jo ponovno stehtate ( m alikvota+posode = 15,792 g). a) Koliko vode (v litrih) morate še odstraniti iz izhodiščne raztopine, da boste dosegli želeni delež suhe snovi? REŠITEV: V = 24,0 l b) Na kaj vse moramo biti pozorni pri vzorčenju in hranjenju vzorcev? 3. Če sušimo kalcijev oksalat monohidrat (CaC2O4∙H2O), se mu masa spreminja zaradi naslednjih razpadnih reakcij: Temperaturno območje Reakcija 100‐250 °C CaC2O4∙H2O  CaC2O4 + H2O 400‐500 °C CaC2O4  CaCO3 + CO 700‐850 °C CaCO3  CaO + CO2 a) Kalcijev oksalat sušimo na 1000 °C. Ko se masa ne spreminja več, ohladimo lonček in stehtamo vsebino. Tehtnica pokaže maso 14,16 mg. Izračunaj maso kalcijevega oksalata monohidrata, ki smo ga dali v peč (M(Ca)=40 g/mol, M(C)=12 g/mol, M(O)=16 g/mol). REŠITEV: m(CaC2O4∙H2O) = 37 mg b) Zakaj je pojav koloidne oborine pri gravimetriji nezaželen? Kako preprečimo nastanek koloidov? 25 Obarjalne titracije in gravimetrija 4. Magnetit je mineral, katerega kemijska formula se glasi FeOFe2O3. V 100 ml bučko zatehtamo 1,1324 g vzorca rude, ki vsebuje magnetit in dopolnimo do oznake s HCl in dušikovo (V) kislino. Raztopino segrejemo do vrelišča, jo ohladimo in 25 ml tako pripravljene raztopine odpipetiramo v 100 ml čašo. Dodamo 10 ml NH  3 in iz raztopine oborimo Fe2O3 x H2O. Oborino prefiltriramo, speremo in žarimo pri 200 °C. Spreminjanje mase oborine s časom prikazuje spodnji graf: 0,2 0,19 0,18 0,17 m / g 0,16 0,15 0,14 0,13 0 10 20 30 40 50 60 t / min a) Izračunaj masni delež Fe (M = 55,847 g/mol) v vzorcu (M (Fe2O3) = 159,69 g/mol). REŠITEV: w(Fe) = 0,333 b) Izračunaj, koliko vode je bilo ujete v prvotni oborini. Z drugimi besedami – izračunaj x v oborini Fe  2O3 x H2O. REŠITEV: x = 4 5. Eden izmed načinov določanja fosfatov je obarjanje v obliki amonijevega fosfomolibdata ((NH4)3PO4∙12MoO3. Po filtraciji oborino amonijevega fosfomolibdata raztopimo v kislini in ji dodamo Pb(NO3)2. Nastane nova oborina z molekulsko formulo PbMoO3, ki jo lahko odfiltriramo, posušimo in stehtamo. a) Izračunaj najmanjšo količino vzorca, ki vsebuje 12,5 % Na3PO4, da bomo na koncu opisanega postopka dobili vsaj 0,600 g oborine PbMoO3. REŠITEV: m vzorec = 0,187 g b) Razloži, kakšne lastnosti mora imeti obarjalni reagent. 6. Amonijev sulfat uporabljamo kot gnojilo. Analiziramo serijo vzorcev, ki vsebujejo med 30 in 60 % amonijevega sulfata. Uporabimo gravimetrično metodo, kjer raztopini amonijevega sulfata (M= 132.14 g/mol) dodamo barijev nitrat (M=261.337 g/mol) in tako oborimo sulfat v obliki barijevega sulfata (M= 233.38 g/mol). a) Kakšna je minimalna masa vzorca, ki jo moramo imeti, da bo oborina tehtala vsaj 0,200 g? REŠITEV: m vzorec = 0,377 g c) Kako bi po velikosti razporedil topnostne produkte amonijevega sulfata, barijevega nitrata in barijevega sulfata. Svojo odločitev razloži. 26 Obarjalne titracije in gravimetrija 7. Želimo oboriti vse Ag+ ione v 1500 l odpadne raztopine. Če dodamo v 500 ml presežek NaCl, dobimo po filtraciji in sušenju 3,73 g AgCl. a) Koliko NaCl moramo dodati v 1500 l, da oborimo vse Ag+ ione? (M (Ag) = 108 g/mol, M (Na) = 23 g/mol, M (Cl) = 35,5 g/mol) REŠITEV: m = 4,58 kg b) Razloži, kakšne lastnosti mora imeti obarjalni reagent. 8. V vodi topno gnojilo vsebuje fosfor v obliki fosfatnih (V) ionov. 5,56 g gnojila zatehtamo v 250,0 ml bučko in dodamo vodo do oznake. 20,00 ml raztopine prenesemo v erlenmajerico in dodamo presežek obarjalnega reagenta. Fosfatni ioni se oborijo v obliki MgNH4PO4. Oborino odstranimo s pomočjo filter papirja, speremo z vodo in segrejemo. Tekom segrevanja nastane 0,0219 g oborine, katere molekulska formula se glasi Mg2P2O7. Izračunaj masni delež fosforja v gnojilu. REŠITEV: w(P) = 0,014 9. 0,924 g vzorca mešanice NaBr, NaI, NaNO3 ste analizirali s pomočjo gravimetrične metode. Mešanico ste raztopili v 100 ml vode in z dodatkom prebitka AgNO3 oborili spojini AgBr in AgI. Raztopino ste prefiltrirali in posušili oborino. Masa posušene oborine je znašala 1,122 g. Oborino ste izpostavili pretoku plina Cl2 in jo v celoti pretvorili v AgCl. Masa tako dobljene oborine je znašala 0,722 g. Izračunaj masni delež natrijevega nitrata v vzorcu. REŠITEV: w(NaNO3) = 0,25 10. Zakaj je pojav koloidne oborine pri gravimetriji nezaželen? Kako preprečimo nastanek koloidov? 11. S pomočjo koncentracije Ba2+ ionov izrazi topnostni produkt za reakcijo: Ba(IO ‐ 3)2 (s)  Ba2+ + 2IO3 . V raztopino dodamo nekaj dobro topnega Ba(NO3)2. Razloži, kaj se zgodi s topnostjo Ba(IO3)2. 12. Opiši tehniko obarjanja. S pomočjo katerega fizikalno‐kemijskega parametra lahko predvidimo, kdaj bo nastala oborina? 13. S pomočjo termogravimetrične analize spremljamo spremembo neke fizikalne lastnosti dveh vzorcev iste štruce kruha (glej sliko). Katera je ta fizikalna lastnost, ki jo spremljamo? Pojasni razliko v dobljenih ??? krivuljah. Na grafu nariši tudi potek prvega odvoda krivulje, narisane s polno črto. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 T / °C 27 Viri in literatura VIRI IN LITERATURA 1. Brodnjak Vončina D. 2009. Naloge iz analizne kemije I https://www.fkkt.um.si/egradiva/fajli/naloge_iz_analizne_kemije_i.pdf (16. 2. 2020) 2. Cerar J., Godec A., Hribar B., Livk I., Poklar Ulrih N., Salobir M. 1997. Vaje iz fizikalne kemije: Zbirka računskih nalog. Ljubljana, FKKT: 88 str. 3. Charrondiere U. R., Burlingame B., Berman S., Elmadfa, I. 2011. Food composition study guide questions & exercises http://www.fao.org/fileadmin/templates/food_composition/documents/upload/StudyGuide Equestionsrevised1July2011.pdf (16. 2. 2020) 4. Francis Cheng I. Quantitative analysis: homework assignements https://www.webpages.uidaho.edu/ifcheng/Chem%20253/chem_253_homepage.htm (16. 2. 2020) 5. Harvey D. 2016. Analytical chemistry 2.1 http://dpuadweb.depauw.edu/harvey_web/eTextProject/version_2.1.html (16. 2. 2020) 6. Kealey D., Haines P. J. 2005. Analytical chemistry, instant notes. Oxford, BIOS Scientific Publishers: 353 str. 7. Nielsen S. S. (ed.) 2010. Food analysis. 4th ed., New York, Springer: 585 str. 8. Miller J. N., Miller J. C. 2010. Statistics and chemometrics for analytical chemistry. 6th ed., Harlow, Pearson education limited: 297 str. 9. Skoog D. A., West D. M., Holler F. J., Crouch S. R. 2014. Fundamentals of analytical chemistry. 9th ed., , Belmont, Brooks/Cole, CA: 1090 str. 10. Skoog D. A., West D. M., Holler F. J., Crouch S. R. 2014. Student solutions manual, Fundamentals of analytical chemistry. 9th ed., Belmont, Brooks/Cole, CA: 224 str. 28