View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ZAacutePADOČESKAacute UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA PEDAGOGICKAacute
KATEDRA CHEMIE
VYUŽITIacute SENZORU NA MĚŘENIacute OXIDAČNĚ-REDUKČNIacuteCH
POTENCIAacuteLŮ K INOVACI LABORATORNIacuteCH UacuteLOH Z FYZIKAacuteLNIacute CHEMIE
BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE
Katharina Poliacutevkovaacute Chemie se zaměřeniacutem na vzdělaacutevaacuteniacute
Vedouciacute praacutece Mgr Jitka Štrofovaacute Ph D
Plzeň 2013
Prohlašuji že jsem bakalaacuteřskou praacuteci vypracovala samostatně s použitiacutem uvedeneacute literatury a zdrojů informaciacute
Plzeň 30 června 2013
vlastnoručniacute podpis
Poděkovaacuteniacute
Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece
za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie
Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute
bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu
Obsah 1 Uacutevod 7
2 Teoretickaacute čaacutest 8
21 Oxidačně-redukčniacute děje 8
22 Galvanickeacute člaacutenky 9
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15
26 Elektrolyacuteza 16
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16
3 Praktickaacute čaacutest 18
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18
312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22
32 Praktickeacute uacutelohy 33
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37
325 Oscilačniacute reakce 38
33 Vyacutesledky měřeniacute 39
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41
332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44
333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48
334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51
335 Oscilačniacute reakce 54
4 Zaacutevěr 58
Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59
7
1 Uacutevod
Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute
potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute
v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii
Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute
využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier
tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute
Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji
předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou
s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky
Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute
oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty
na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute
titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky
v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
Prohlašuji že jsem bakalaacuteřskou praacuteci vypracovala samostatně s použitiacutem uvedeneacute literatury a zdrojů informaciacute
Plzeň 30 června 2013
vlastnoručniacute podpis
Poděkovaacuteniacute
Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece
za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie
Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute
bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu
Obsah 1 Uacutevod 7
2 Teoretickaacute čaacutest 8
21 Oxidačně-redukčniacute děje 8
22 Galvanickeacute člaacutenky 9
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15
26 Elektrolyacuteza 16
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16
3 Praktickaacute čaacutest 18
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18
312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22
32 Praktickeacute uacutelohy 33
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37
325 Oscilačniacute reakce 38
33 Vyacutesledky měřeniacute 39
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41
332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44
333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48
334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51
335 Oscilačniacute reakce 54
4 Zaacutevěr 58
Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59
7
1 Uacutevod
Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute
potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute
v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii
Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute
využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier
tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute
Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji
předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou
s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky
Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute
oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty
na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute
titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky
v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
Poděkovaacuteniacute
Chtěla bych poděkovat Mgr Jitce Štrofoveacute PhD za vedeniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece
za odborneacute rady a všestrannou pomoc Takeacute bych chtěla poděkovat Katedře chemie
Pedagogickeacute fakulty Zaacutepadočeskeacute univerzity v Plzni za ochotu a pomoc při psaniacute
bakalaacuteřskeacute praacutece Diacuteky patřiacute takeacute myacutem přaacutetelům a rodině za trpělivost a podporu
Obsah 1 Uacutevod 7
2 Teoretickaacute čaacutest 8
21 Oxidačně-redukčniacute děje 8
22 Galvanickeacute člaacutenky 9
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15
26 Elektrolyacuteza 16
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16
3 Praktickaacute čaacutest 18
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18
312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22
32 Praktickeacute uacutelohy 33
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37
325 Oscilačniacute reakce 38
33 Vyacutesledky měřeniacute 39
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41
332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44
333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48
334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51
335 Oscilačniacute reakce 54
4 Zaacutevěr 58
Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59
7
1 Uacutevod
Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute
potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute
v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii
Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute
využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier
tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute
Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji
předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou
s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky
Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute
oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty
na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute
titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky
v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
Obsah 1 Uacutevod 7
2 Teoretickaacute čaacutest 8
21 Oxidačně-redukčniacute děje 8
22 Galvanickeacute člaacutenky 9
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku 12
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 13
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel 15
26 Elektrolyacuteza 16
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 16
3 Praktickaacute čaacutest 18
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier 18
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier 18
312 Praacutece se systeacutemem Vernier 22
32 Praktickeacute uacutelohy 33
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 33
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 34
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 35
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 37
325 Oscilačniacute reakce 38
33 Vyacutesledky měřeniacute 39
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů 41
332 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 44
333 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku 48
334 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute 51
335 Oscilačniacute reakce 54
4 Zaacutevěr 58
Seznam literaturyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip59
7
1 Uacutevod
Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute
potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute
v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii
Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute
využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier
tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute
Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji
předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou
s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky
Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute
oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty
na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute
titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky
v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
7
1 Uacutevod
Moje praacutece je zaměřena na oxidačněndashredukčniacutech reakce a zejmeacutena na redoxniacute
potenciaacutel Sledovaacuteniacute hodnot elektrodovyacutech potenciaacutelů nachaacuteziacute širokeacute uplatněniacute
v analytickeacute nebo fyzikaacutelniacute chemii
Hlavniacutem ciacutelem mojiacute praacutece bylo sestavit praktickeacute uacutelohy při nichž by bylo možneacute
využiacutet senzor na měřeniacute oxidačněndashredukčniacutech potenciaacutelů ORP ndashBTA od firmy Vernier
tyto uacutelohy vyzkoušet a vyhodnotit vyacutesledky danyacutech měřeniacute
Praacuteci jsem rozčlenila na čaacutest teoretickou a praktickou V teoretickeacute čaacutesti se věnuji
předevšiacutem problematice elektrodovyacutech potenciaacutelů a vybranyacutem kapitolaacutem ktereacute jsou
s touto oblastiacute uacutezce spojeny jako jsou redoxniacute děje nebo galvanickeacute člaacutenky
Praktickaacute čaacutest je věnovaacutena popisu praacutece se senzorem na měřeniacute
oxidačně-redukčniacutech potenciaacutelů a se softwarem LoggerPro Podstatnou čaacutest tvořiacute naacuteměty
na uacutelohy využiacutevajiacuteciacute vyacuteše zmiacuteněnyacute senzor Většina uacuteloh je zaměřena na potenciometrickeacute
titrace posledniacute z uacuteloh se tyacutekaacute oscilačniacutech reakciacute Součaacutestiacute praacutece jsou takeacute grafy a tabulky
v nichž jsou zpracovaacutena data z jednotlivyacutech měřeniacute
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
8
2 Teoretickaacute čaacutest
21 Oxidačně-redukčniacute děje123
Jako oxidačně-redukčniacute děj lze nazvat každyacute děj při němž dojde k přenosu
elektronů od jejich daacuterce (donoru) k přiacutejemci (akceptoru) Každyacute takovyacute děj lze formaacutelneacute
rozdělit na dva děje ndash oxidaci a redukci Při oxidaci laacutetka odevzdaacutevaacute elektrony při redukci
je přijiacutemaacute Laacutetka kteraacute způsobiacute oxidaci jineacute laacutetky a současně se sama redukuje se označuje
jako oxidačniacute činidlo Naopak redukčniacute činidlo je laacutetka kteraacute je schopnaacute jineacute laacutetky
redukovat přičemž se sama oxiduje Při redoxniacutech dějiacutech dochaacuteziacute ke změně oxidačniacuteho
čiacutesla Jako přiacuteklad uvaacutediacutem reakci kovoveacuteho zinku ponořeneacuteho do roztoku měďnateacute soli
CuII+ Zn0rarrCu0 + ZnII
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Zn0 - 2e-rarr Zn2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
Měďnateacute ionty působiacute jako oxidačniacute činidlo a zinek naopak jako redukčniacute činidlo
Kationty Cu2+ redukujiacute na kovovou měď oxidačniacute čiacuteslo mědi se snižuje Kovovyacute zinek
přechaacuteziacute do roztoku Dochaacuteziacute k jeho oxidaci a jeho oxidačniacute čiacuteslo
se zvyšuje Z toho vyplyacutevaacute že při redukci dochaacuteziacute ke snižovaacuteniacute oxidačniacuteho čiacutesla
a u oxidace je tomu naopak U oxidačně-redukčniacutech dějů tedy dochaacuteziacute k převaacuteděniacute
elektronů z laacutetky oxidovaneacute na laacutetku redukovanou
Pro bližšiacute ilustraci uvaacutediacutem ještě jeden přiacuteklad redoxniacute reakce
Fe0 + CuIISO4 rarr Cu0 + FeIISO4
rovnice diacutelčiacutech dějů majiacute tvar
oxidace Fe0 ndash 2e-rarrFe2+
redukce Cu2+ + 2e-rarrCu0
kde železo i měď jsou v elementaacuterniacutem stavu jejich oxidačniacute čiacutesla jsou rovna nule Železo
se oxiduje z 0 na +2 přichaacuteziacute o 2 elektrony a zaacuteroveň působiacute jako redukčniacute činidlo neboli
daacuterce elektronů pro měď U mědi dochaacuteziacute k redukci z oxidačniacuteho čiacutesla 2 na 0 a působiacute jako
oxidačniacute činidlo neboli akceptor elektronů od zinku
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
9
Při popisu oxidačně redukčniacutech dějů se použiacutevaacute pojem oxidačniacute čiacuteslo Jednoduše
lze řiacuteci že oxidačniacute čiacuteslo daneacuteho prvku je rovno naacuteboji kteryacute by danyacute prvek ziacuteskal pokud
by elektrony předal elektronegativnějšiacutemu partnerovi U prvků ktereacute se vyskytujiacute
v elementaacuterniacutem (nesloučeneacutem) stavu se oxidačniacute čiacuteslo rovnaacute nule
22 Galvanickeacute člaacutenky45
Abych se dostala k samotneacutemu pojmu elektrodovyacutech potenciaacutelů musiacutem nejdřiacuteve
vysvětlit pojem galvanickyacute člaacutenek Je to systeacutem tvořenyacute dvěma poločlaacutenky Každyacute
poločlaacutenek sestaacutevaacute z elektrody (kov uhliacutek ndash elektroda v užšiacutem slova smyslu)
a elektrolytu Tiacutem může byacutet jedině laacutetka kteraacute se v roztoku nebo tavenině štěpiacute na ionty
Elektrodou v širšiacutem slova smyslu se rozumiacute celyacute poločlaacutenek Na faacutezoveacutem rozhraniacute
mezi elektrodou a elektrolytem probiacutehajiacute redoxniacute reakce v jejichž důsledku na něm vznikaacute
potenciaacutelovyacute rozdiacutel Elektroda je systeacutem složenyacute z viacutece faacuteziacute kde mezi dvěma elektricky
vodivyacutemi faacutezemi nastane elektrochemickaacute rovnovaacuteha
Elektrodu mohou tvořit pevneacute kapalneacute či plynneacute laacutetky (Ag vodnyacute roztok KCl
plynnyacute chlor)
Existuje několik typů elektrod
Elektrody prvniacuteho druhu ndashna tomto typu elektrod se ustavuje rovnovaacuteha na rozhraniacute
kovroztok
Mz+ + ze- rarr M
kde M je kov a z je naacutebojoveacute čiacuteslo iontu kovu Ve většině přiacutepadů jsou elektrody prvniacuteho
druhu kovoveacute (Zn Cu) nebo plynoveacute (H2 Cl2) jež jsou zanořeneacute do roztoků obsahujiacuteciacutech
odpoviacutedajiacuteciacute ionty kovu nebo nekovu
Kationtoveacute - kovoveacute (kov|kation) amalgamoveacute
(amalgam kovu|kation) plynoveacute (Pt|Pt- čerň|plyn X2)
Aniontoveacute - plynoveacute (Pt|Pt -čerň|plyn Y2) nekovoveacute
(Pt|nekov (l s)|ionty Z-)
Elektrody druheacuteho druhu ndash elektrodovyacute děj lze popsat dvěma elementaacuterniacutemi reakcemi
průchod elektrickeacuteho proudu je spojenyacute s přenaacutešeniacutem aniontů
Kalomelovaacute elektroda ndash je tvořena rtutiacute pokrytou
vrstvou Hg2Cl2 ponořenou v roztoku KCl
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
10
Chloridostřiacutebrnaacute elektroda ndash tvořiacute ji střiacutebrnyacute draacutetek
či pliacutešek pokrytyacute jemnou vrstvou tuheacuteho chloridu
střiacutebrneacuteho a všechno je ponořeno do roztoku
obsahujiacuteciacuteho chloridoveacute ionty
Oxidačně-redukčniacute elektrody- tvořiacute je ušlechtilyacute kov (nejčastějšiacute je Pt může byacutet Ag
či Hg) jenž je ponořen do roztoku dvou rozpustnyacutech forem stejneacute laacutetky kteraacute je v různeacutem
stupni oxidace Kov funguje jako zprostředkovatel vyacuteměny elektronů neniacute chemicky
aktivniacute Obecnou reakci oxidaceredukce na elektrodě lze zapsat
Ox + z e- rarrRed
kde z je počet vyměněnyacutech elektronů
Iontově-selektivniacute elektrody ndash jejich podstata spočiacutevaacute v existenci membraacutenovyacutech
potenciaacutelů Dva roztoky obsahujiacute elektrolyty a neelektrolyty ktereacute majiacute různou
koncentraci a v jednotlivyacutech roztociacutech jsou odděleneacute membraacutenou propouštějiacuteciacute veškereacute
čaacutestice vyjma jednoho druhu iontů Důsledkem jsou různeacute tlaky v obou roztociacutech
a na rozhraniacute mezi nimi (po ustaveniacute rovnovaacutehy) Rozhraniacute je tvořeneacute polopropustnou
membraacutenou vznikne rozdiacutel potenciaacutelů neboli membraacutenovyacute potenciaacutel Mezi tyto elektrody
patřiacute skleněnaacute elektroda
Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod jsou uvedeny
v tabulce 16
Tabulka 1 Hodnoty standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů vybranyacutech elektrod t=25degC
Elektrody prvniacuteho druhu
elektroda elektrodovaacute reakce E0 (V)
Cu2+Cu Cu2+ + 2 endash rarr Cu + 0337
H+H2 H+ + endash rarr frac12 H2 0000
Zn2+Zn Zn2+ + 2 endash rarr Zn ndash 0763
Cl2Clndash frac12 Cl2 + endash rarr Clndash + 1360
Elektrody druheacuteho druhu
AgClAgClndash AgCl + endash ndash + 0222
Hg2Cl2HgClndash frac12 Hg2Cl2 + endashrarrHg + Clndash + 0268
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
11
Oxidačně-redukčniacute elektrody
Cu2+Cu+ Cu2+ + endash + + 0167
PtCl62ndashPtCl4
2ndashClndash PtCl62ndash + 2 endashrarrPtCl4
2ndash + 2 Clndash + 068
Pokud se spojiacute dvě vhodneacute elektrody neboli poločlaacutenky vznikne
tzv elektrochemickyacute člaacutenek Obě elektrody se musiacute vodivě spojit takovyacutem způsobem
aby ionty měly možnost přechaacutezet z jednoho roztoku do druheacuteho Jsou dva zaacutekladniacute typy
elektrochemickyacutech člaacutenků a to člaacutenek s převodem kde jsou roztoky rozdiacutelneacute
a transport iontů vede přes kapalinoveacute rozhraniacute k nevratnyacutem jevům v každeacutem z elektrolytů
a člaacutenek bez převodu u ktereacuteho jsou stejneacute roztoky a neniacute zde kapalinoveacute rozhraniacute
Člaacutenky se děliacute do několika skupin
Chemickeacute člaacutenky bez převodu
Jeden společnyacute elektrolyt pro obě elektrody což je napřiacuteklad člaacutenek tvořenyacute
vodiacutekovou a chloridostřiacutebrnou elektrodou Tyto člaacutenky jsou použiacutevaacuteny ke stanoveniacute
standardniacutech potenciaacutelů aj
Chemickeacute člaacutenky s převodem
Typickyacute je Daniellův člaacutenek u ktereacuteho jde o soustavu tvořenou roztokem CuSO4
a v něm ponořenou Cu elektrodu a roztokem ZnSO4 a v něm ponořenou Zn elektrodu
Tyto elektrody (poločlaacutenky) jsou spojeny průlinčitou přepaacutežkou- diafragmou nebo solnyacutem
můstkem což zpomaliacute difuzi a braacuteniacute miacutechaacuteniacute roztoků Pokud se obě kovoveacute elektrody
spojiacute vodičem bude na zinkoveacute elektrodě dochaacutezet k oxidaci a na Cu elektrodě k redukci
a soustavou bude prochaacutezet elektrickyacute proud
Elektrodoveacute koncentračniacute člaacutenky
U tohoto typu člaacutenků je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky
na elektrodaacutech Mohou byacutet amalgamoveacute a slitinoveacute kde je různaacute koncentrace rozpuštěneacuteho
kovu v elektrodaacutech nebo plynoveacute u kteryacutech je různyacute tlak daneacuteho plynu na elektrodaacutech
Elektrolytoveacute koncentračniacute člaacutenky
Zde je hnaciacute silou rozdiacutel v koncentraciacutech elektroaktivniacute laacutetky v elektrolytu
U tohoto typu člaacutenků je potřeba vysvětlit pojem difuzniacute potenciaacutel Mezi roztoky vznikaacute
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
12
rozhraniacute kde diacuteky koncentračniacutem gradientům difunduje rozpuštěnaacute laacutetka
z koncentrovanějšiacuteho do zředěnějšiacuteho roztoku Přitom se rozdiacutelneacute ionty pohybujiacute
v kapalině různyacutemi rychlostmi takže vznikaacute potenciaacutelovyacute spaacuted protože difundujiacute nabiteacute
čaacutestice Vzniklyacute potenciaacutelovyacute spaacuted ovlivňuje rychlost jakou se nabiteacute čaacutestice pohybujiacute
rozhraniacutem a to naacutesledujiacuteciacutem způsobem viacutece pohyblivyacute ion je rychlejšiacute a nabiacutejiacute zředěnějšiacute
roztok až na svůj naacuteboj jenž odpuzovaacuteniacutem zpomaliacute dalšiacute pohyblivějšiacute ionty
a ionty s opačnyacutem naacutebojem urychluje Dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute rychlostiacute obou iontů
a probiacutehaacute difuze soli jako celku Elektrolytoveacute člaacutenky mohou byacutet s převodem nebo
bez převodu
Prvniacute z nich jsou sestaveneacute způsobem že se dva roztoky o různeacute koncentraci styacutekajiacute
pomociacute průlinčiteacute stěny U tohoto typu je difuzniacute neboli membraacutenovyacute potenciaacutel vznikajiacuteciacute
na rozhraniacute zahrnutyacute v rovnovaacutežneacutem napětiacute člaacutenku ktereacute je naměřeno
a podle hodnoty lze zjistit velikost difuzniacuteho potenciaacutelu
Druheacute z nich se vytvořiacute pokud se spojiacute dva stejneacute člaacutenky lišiacuteciacute se jen v koncentraci
elektrolytu naproti sobě Tyto člaacutenky umožňujiacute experimentaacutelniacute zjišťovaacuteniacute středniacutech aktivit
či aktivitniacutech koeficientů
Poločlaacutenky lze takeacute spojit solnyacutem můstkem což je nejčastěji U-trubice (např oba
konce uzavřeny pomociacute poreacutezniacuteho materiaacutelu) kteraacute je naplněnaacute nasycenyacutem roztokem
NH4NO3 nebo KCl a kationty i anionty majiacute převodovaacute čiacutesla skoro stejnaacute Přenaacutešeniacute naacuteboje
přes obě rozhraniacute zprostředkovaacutevajiacute ionty roztoků v můstku protože jsou oproti iontům
v roztociacutech elektrod ve velkeacutem nadbytku Vznikajiacute noveacute difuzniacute potenciaacutely ktereacute jsou maleacute
a namiacuteřeneacute proti sobě proto je celkovyacute potenciaacutel zanedbatelnyacute
23 Elektrickeacute napětiacute elektrody rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku45
Elektrickeacute napětiacute elektrody ∆φ
Tiacutemto pojmem se rozumiacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů mezi roztokem
a elektrodou neboli ustaveniacute rovnovaacutehy mezi roztokem a elektrodou Tato rovnovaacuteha je
vlastně způsobena tiacutem že kovy majiacute tendenci vylučovat do roztoků svoje ionty
Na druheacute straně majiacute ionty z roztoku tendenci přijmout při styku s elektrodou od niacute
elektrony ktereacute chybiacute a vyloučiacute se na elektrodě ve formě kovu Tyto dva opačneacute děje
vedou k tomu že se nakonec ustaviacute rovnovaacuteha mezi kovem z něhož je elektroda a jeho
ionty v elektrolytu Při tomto rovnovaacutežneacutem stavu se mezi elektrodou a elektrolytem
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
13
nachaacuteziacute rovnovaacutežnyacute rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů (určiteacute rovnovaacutežneacute napětiacute)
Jeho hodnota i polarita je určena jednou z opačnyacutech tendenciacute kovu a to tou převlaacutedajiacuteciacute
Elektrickeacute napětiacute elektrody je daneacute vztahem
∆φ=φm-φ1
kde φm je elektrickyacute potenciaacutel elektrody a φ1 je elektrickyacute potenciaacutel roztoku Jestliže je φm
většiacute než φ1 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute elektrody kladnaacute (∆φgt0)
Rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku E
Tato veličina představuje rozdiacutel elektrickyacutech potenciaacutelů elektrod spojenyacutech
v galvanickyacute člaacutenek kovovyacutem vodičem Toto rovnovaacutežneacute napětiacute člaacutenku je vlastně
důvodem pohybu elektronů ve vodiči a je definovaacuteno vztahem
E=∆φ2-∆φ1
kde ∆φ2 je celkovaacute hodnota elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 2 a ∆φ1 je celkovaacute hodnota
elektrickeacuteho napětiacute na elektrodě 1
Hodnota může byacutet kladnaacute či zaacutepornaacute zaacuteležiacute na tom zda je za elektrodu 2 zvolen
kladnyacute nebo zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Pokud neprochaacuteziacute proud rovnaacute se rovnovaacutežneacute napětiacute
člaacutenku napětiacute mezi elektrodami Pokud je třeba zjistit E u galvanickeacuteho člaacutenku zvoliacute se
jako elektroda 1 na ktereacute probiacutehaacute samovolnaacute oxidace (při spojeniacute člaacutenku vnějšiacutem
obvodem) jako zaacutepornyacute poacutel člaacutenku Za elektrodu 2 se vždy voliacute kladnyacute poacutel člaacutenku
Tiacutemto postupem je hodnota E vždy kladnaacute
24 Elektrodovyacute potenciaacutel Nernstova rovnice 45
Elektrodovyacute potenciaacutel
Pokud v systeacutemu dojde k převodu čaacutestic bez naacuteboje mezi faacutezemi je podmiacutenkou
rovnovaacutehy za konstantniacuteho tlaku a teploty rovnost chemickyacutech potenciaacutelů složek u všech
faacuteziacute Laacutetkovyacute přenos a přenos naacuteboje daacutevaacute dohromady elektrochemickyacute potenciaacutel
Chemickyacute potenciaacutel je zaacutevislyacute na aktivitě i-teacute složky faacutezovyacute potenciaacutel se rovnaacute praacuteci
potřebneacute k přenosu jednotkoveacuteho naacuteboje z určiteacute vzdaacutelenosti do daneacute faacuteze Pokud bude
naacuteboj prochaacutezet faacutezovyacutem rozhraniacutem budou se uplatňovat praacutece elektrickaacute a praacutece
chemickaacute (spojenaacute s přenosem laacutetky přes faacutezoveacute rozhraniacute) Diacuteky vlivu elektrickyacutech sil
dojde na rozhraniacute faacuteziacute kov-roztok k nerovnoměrneacutemu rozděleniacute naacuteboje pod jehož vlivem
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
14
je průběh potenciaacutelu na rozhraniacute Takto vznikne elektrickaacute dvojvrstva kterou tvořiacute naacuteboj
v kovu a solvatovaneacute ionty v roztoku
U každeacuteho poločlaacutenku je rozdiacutel faacutezovyacutech potenciaacutelů charakteristickou ale
neměřitelnou veličinou Aby se zabraacutenilo probleacutemům při měřeniacute faacutezovyacutech potenciaacutelů zvoliacute
se do soustavy snadno definovanyacute systeacutem tzv referentniacute elektroda neboli standard Tiacutem
byla zvolena standardniacute vodiacutekovaacute elektroda Je to elektroda kteraacute je pokryta platinovou
černiacute a je sycena plynnyacutem vodiacutekem o aktivitě rovneacute jedneacute (tuto aktivitu maacute plynnyacute vodiacutek
při standardniacutem tlaku p0= 101325 kPa) Elektroda je ponořena do roztoku vodiacutekovyacutech
iontů H+ ktereacute majiacute jednotkovou aktivitu a119867+= 1 Probiacutehaacute na niacute reakce
2H+ + 2e-rarr H2 (g)
kteraacute maacute standardniacute redukčniacute potenciaacutel E0(H+H2) Pokud se spojiacute nakraacutetko kovovaacute
elektroda s negativniacutem standardniacutem potenciaacutelem (oproti standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě)
s vodiacutekovou elektrodou dojde k vyacutevoji vodiacuteku z vodneacuteho roztoku
Vodiacutekovaacute elektroda maacute nulovyacute potenciaacutel čiacutemž se vytvořila relativniacute stupnice
potenciaacutelů Pojmem elektrodovyacute potenciaacutel se tedy rozumiacute potenciaacutelniacute diferenci oproti
standardniacute vodiacutekoveacute elektrodě
Nernstova rovnice
Tato rovnice vyjadřuje zaacutevislost rovnovaacutežneacuteho napětiacute člaacutenku na složeniacute neboli řiacutekaacute
jak dochaacuteziacute ke změně elektrickeacuteho napětiacute elektrody se změnou aktivit složek ktereacute se
uacutečastniacute elektrodoveacuteho děje a umožňuje vypočiacutetat standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel E0
(standardniacute rovnovaacutežneacute napětiacute) U libovolneacute kovoveacute elektrody platiacute
Mez+ + ze rarr Me (reakce probiacutehaacute v obou směrech)
Pro jejiacute potenciaacutel platiacute
EMe= E0Me + RTzF ln cMe
z+
kde z+ je oxidačniacute čiacuteslo kovu v roztoku R je univerzaacutelniacute plynovaacute molaacuterniacute konstanta
T absolutniacute teplota F Faradayova konstanta (96487 C molminus1) a cMez+ je koncentrace danyacutech
iontů v roztoku
Nernstova rovnice se běžně uvaacutediacute ve tvaru s aktivitami složek
E= E0 - RTzF ln119886119862
119888 119886119863119889
119886119860119886119886119861
119887
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
15
kde a jsou aktivity složek a horniacute indexy představujiacute stechiometrickeacute koeficienty laacutetek
uacutečastniacuteciacutech se reakce kde jsou v čitateli aktivity produkutů a ve jmenovateli aktivity
vyacutechoziacutech laacutetekTato podoba Nernstovy rovnice je uvedena v kapitole 321
25 Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel standardniacute redukčniacute potenciaacutel4578
Standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel
Tiacutemto pojmem se rozumiacute potenciaacutel kteryacute maacute elektroda při jednotkovyacutech aktivitaacutech
všech složek ketereacute se uacutečastniacute přenosu naacuteboje na daneacute elektrodě Je to veličina pro danou
elektrodu charakteristickaacute a pokud seřadiacuteme kovoveacute elektrody podle hodnot jejich
standardniacutech potenciaacutelů vznikne tzv řada napětiacute kovů
Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb H Cu Hg AgAu
Zleva doprava rostou hodnoty standardniacutech elektrodovyacutech potenciaacutelů Směrem
k pozitivniacutem potenciaacutelům roste stabilita kovů a naopak je těžšiacute je oxidovat Kovoveacute
elektrody majiacute tedy buď pozitivniacute nebo negativniacute hodnoty standardniacutech potenciaacutelů a to
vůči standardu jiacutemž byla zvolena vodiacutekovaacute elektroda
Standardniacute redukčniacute potenciaacutel
Podobnyacutem způsobem lze uspořaacutedat takeacute standardniacute potenciaacutely oxidačně-redukčniacutech
systeacutemů Pokud by se spojily dvě redoxniacute elektrody do člaacutenku bude
na elektrodě kteraacute maacute negativnějšiacute potenciaacutel dochaacutezet k oxidaci a na elektrodě
s kladnějšiacutem potenciaacutelem k redukci Na zaacutekladě uacutedajů o standardniacutech redoxniacutech
potenciaacutelech lze napřiacuteklad vypočiacutetat rovnovaacutežnou konstantu systeacutemu u něhož dojde
k oxidačně-redukčniacute reakci To mohu demonstrovat na přiacutekladu reakce
2Fe3++Sn2+rarr 2Fe2++Sn4+
kteraacute může takeacute proběhnout v člaacutenku Pt|Sn2+ Sn4+| |Fe2+ Fe3+|Pt Z tabelovanyacutech hodnot
standardniacutech redoxniacutech potenciaacutelů ziacuteskaacutem standardniacute elektromotorickeacute napětiacute udaacutevajiacuteciacute
hodnotu jež maacute rovnovaacutežnaacute konstanta
∆E= E0Fe
3+Fe2+ - E0
Sn4+Sn2+=
119877119879
2119865 ln Ka
Při teplotě 298 K platiacute
0771 ndash 0153= 0029 log Ka
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
16
213= log Ka
Tato hodnota poukazuje na fakt že železiteacute ionty skoro uacuteplně zoxidujiacute ciacutenateacute ionty
na ciacuteničiteacute
26 Elektrolyacuteza 45
Elektrolyacutezu je možneacute takeacute popsat jako rozklad pomociacute elektrickeacuteho proudu
Pokud se do soustavy kterou tvořiacute dvě kovoveacute elektrody a elektrolyt dodaacute elektrickaacute
praacutece dojde k reakci jež by samovolně probiacutehala opačnyacutem směrem Pokud dojde ke
styku kovoveacute elektrody s elektrolytem obsahujiacuteciacutem přiacuteslušneacute ionty ustaviacute se
dynamickaacute rovnovaacuteha Z kovu přechaacuteziacute určiteacute množstviacute iontů
do elektrolytu a naopak To znamenaacute že i během rovnovaacutehy prochaacuteziacute mezi
elektrolytem a elektrodou elektrickyacute proud v obou směrech Hodnota tohoto proudu je
charakteristickaacute pro elektrodovou reakci a vnějšiacute proud je nulovyacute Při elektrolyacuteze
probiacutehaacute na zaacuteporneacute elektrodě (katodě) redukce Je zde přebytek elektronů a ionty ktereacute
se ke katodě přibliacutežiacute je od niacute přijmou Dojde k redukci Na kladneacute elektrodě (anodě) je
tomu naopak ionty zde odevzdaacutevajiacute elektrony dochaacuteziacute tedy k oxidaci
Oxidačně-redukčniacute děje probiacutehajiacute na rozhraniacute elektroda ndash elektrolyt
27 Praktickeacute využitiacute potenciometrickyacutech měřeniacute 910
Stanoveniacute standardniacutech redukčniacutech potenciaacutelů
Elektrodovyacute potenciaacutel nelze změřit absolutně ale lze ho pouze srovnat
s tzv referenčniacutem systeacutemem kteryacutem je nejčastěji standardniacute vodiacutekovaacute elektroda
Pohodlnějšiacute je ale praacutece s elektrodami druheacuteho druhu (např kalomelovaacute chloridostřiacutebrnaacute)
jež majiacute znaacutemyacute potenciaacutel Samotneacute měřeniacute se provaacutediacute tak že se měřenaacute elektroda
(měrnaacuteindikačniacute) spojiacute s referenčniacute elektrodou
Redoxniacute a potenciometrickeacute titrace
Při redoxniacutech titraciacutech se využiacutevajiacute roztoky oxidačniacutech či redukčniacutech činidel
kteryacutemi je analyt v roztoku stanovovaacuten oxidaciacute nebo redukciacute Tyto titrace se rozdělujiacute
podle činidla použiteacuteho v odměrneacutem roztoku a použiacutevajiacute se pro stanoveniacute různyacutech
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
17
anorganickyacutech i organickyacutech laacutetek jež je možneacute oxidovat či redukovat
Mezi nejdůležitějšiacute redoxniacute titrace patřiacute manganometrie pomociacute niacutež lze stanovit přiacutemo
napřiacuteklad peroxidy a nepřiacutemo napřiacuteklad vaacutepniacutek U manganometrie je odměrnyacutem roztokem
manganistan draselnyacute kteryacute funguje jako silneacute oxidačniacute činidlo a to předevšiacutem v kyseleacutem
prostřediacute ale i v neutraacutelniacutem či slabě zaacutesaditeacutem Jako zaacutekladniacute laacutetky pro stanoveniacute titru se
při manganometrii použiacutevajiacute dihydraacutet kyseliny šťaveloveacute oxid arsenityacute nebo Mohrova sůl
(hexahydraacutet siacuteranu železnato-amonneacuteho) Dalšiacute důležitou redoxniacute titraciacute je napřiacuteklad
bromatometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute ciacutenatyacutech antimonityacutech a arsenityacutech sloučenin nebo
organickyacutech sloučenin jako je fenol či hydrazin Daacutele jodometrie sloužiacuteciacute ke stanoveniacute
antimonu a ciacutenu či siřičitanů a sulfidů (zpětnaacute titrace jodu thiosiacuteranem)
Průběh redoxniacutech titraciacute lze sledovat takeacute potenciometricky Při měřeniacute se měrnaacute
elektroda spojiacute s některou z referenčniacutech elektrod v člaacutenek u ktereacuteho se během titrace měřiacute
rovnovaacutežneacute napětiacute Když nastane bod ekvivalence dojde naacutehle ke změně koncentrace
titrovanyacutech iontů Ty svojiacute aktivitou určujiacute potenciaacutel měrneacute elektrody takže dojde i k naacutehleacute
změně napětiacute člaacutenku Touto metodou lze sledovat např průběh oxidačně-redukčniacutech dějů
indiferentniacutemi elektrodami
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
18
3 Praktickaacute čaacutest
31 Měřiacuteciacute systeacutem Vernier
311 Zařiacutezeniacute a součaacutesti systeacutemu Vernier
V praktickyacutech uacutelohaacutech jsem použiacutevala systeacutemem Vernier a to naacutesledujiacuteciacute komponenty
ORP ndash BTA senzor oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
DropCounter ndash čiacutetač kapek
GoLink rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jen pro digitaacutelniacute zapojeniacute např pro čiacutetač
kapek DropCounter
LabQuest Mini rozhraniacute ndash možneacute použiacutet jak pro analogoveacute tak pro digitaacutelniacute
vstupy (zapojeniacute ORP ndash BTA senzoru)
počiacutetač s nainstalovanyacutem softwarem ndash programy Logger Pro a Logger Lite
v meacute praacuteci jsem se zaměřila na praacuteci s programem Logger Pro
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
19
Obr 1 ORP - BTA senzor (senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů)
1 Červenyacute měřiacuteciacute platinovyacute poločlaacutenek v odklaacutedaciacutem roztoku pufru (KCl)
2 Černaacute platinovaacute referenčniacute AgAgCl elektroda zakončenaacute konektorem pro digitaacutelniacute
vstup
2
1
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
20
Obr 2 Rozhraniacute LabQuest Mini a GoLink
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
21
Obr 3 Čiacutetač kapek DropCounter
Upevněniacute čiacutetače kapek na stojan čiacutetač je zakončenyacute konektorem pro digitaacutelniacute vstup
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
22
Obr 4 Kompletniacute titračniacute aparatura
1 byreta 25 cm-3 2 ORP - BTA senzor 3 elektromagnetickaacute miacutechačka 4 rozhraniacute
LabQuest Mini 5 počiacutetač s prostřediacutem programu LoggerPro 6 čiacutetač kapek DropCounter
312 Praacutece se systeacutemem Vernier
V teacuteto čaacutesti praacutece se zaměřiacutem na vysvětleniacute praacutece se senzorem ORP ndash BTA
způsoby zapojeniacute jednotlivyacutech součaacutestiacute a na praacuteci s programem LoggerPro
Způsoby zapojeniacute
Můžeme využiacute rozhraniacute LabQuest Mini ktereacute je uzpůsobeneacute jak pro analogoveacute
(DropCounter) tak pro digitaacutelniacute vstupy (ORP senzor) Rozhraniacute GoLink je uzpůsobeneacute
pouze pro analogoveacute vstupy (Obr 2 a 5)
4
6
5
1
2
3
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
23
Obr 5 Rozhraniacute LabQuest Mini
1 analogoveacute vstupy označeneacute CH1 ndash CH3 2 USB vstup pro připojeniacute k počiacutetači 3
digitaacutelniacute vstupy označeneacute DIG1 a DIG2
Sestaveniacute aparatury a zahaacutejeniacute praacutece v programu LoggerPro
Na stojan jsem upevnila byretu a čiacutetač kapek DropCounter Zapojila jsem
magnetickou miacutechačku do siacutetě do kaacutedinky s připravenyacutem roztokem jsem vložila
miacutechadeacutelko a umiacutestila jsem ORP ndash BTA senzor na čiacutetači kapek tak aby byla elektroda
ponořena v roztoku ORP senzor jsem upevnila přes kulatyacute otvor v čiacutetači kapek Byretu
jsem upevnila tak aby odměrnyacute roztok odkapaacuteval mezerou v čiacutetači kapek Čiacutetač tak může
sniacutemat přesnyacute objem vytekleacuteho odměrneacuteho roztoku K počiacutetači jsem připojila rozhraniacute
LabQuest Mini přes USB vstup K rozhraniacute jsem připojila přes digitaacutelniacute vstup ORP ndash BTA
senzor přes analogovyacute vstup čiacutetač kapek DropCounter (Obr 4) Otevřela jsem program
LoggerPro kteryacute rozpoznal senzor ORP ndash BTA Ze zaacuteložky Experiment jsem vybrala
možnost Sběr dat a v okně jsem zvolila z kolonky Moacuted možnost Digitaacutelniacute udaacutelosti
a stisknula jsem Hotovo (Obr 6) U oscilačniacutech reakciacute jsem z kolonky Moacuted zvolila
možnost Časovaacute zaacutevislost protože jsem sledovala cyklicky se opakujiacuteciacute změny potenciaacutelu
1
3
2
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
24
v zaacutevislosti na čase (Obr 7) Sběr dat jsem zahaacutejila stisknutiacutem zeleneacuteho tlačiacutetka Sběr dat
v praveacute horniacute čaacutesti okna programu Experimenty jsem ukončila stisknutiacutem červeneacuteho
tlačiacutetka Zastavit sběr dat
Obr 6 Nastaveniacute sběru dat pro měřeniacute s digitaacutelniacutemi vstupy
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
25
Obr 7 Nastaveniacute sběru dat při oscilačniacutech reakciacutech
Kalibrace čiacutetače kapek DropCounter
Před samotnyacutem zahaacutejeniacutem experimentu jsem musela kalibrovat čiacutetač kapek
Z nabiacutedky LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Experiment a odtud možnost Kalibrovat rarr
Kalibrovat čiacutetač kapek zvolila jsem možnost Kalibrovat automaticky Postupovala jsem
podle naacutevodu v tabulce Kalibraci je nutneacute proveacutest při každeacutem měřeniacute
Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Pro zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem musela v grafu zobrazit takeacute prvniacute derivaci
funkce Pomociacute inflexniacuteho bodu jsem naacutesledně zjistila i přesnyacute bod ekvivalence V nabiacutedce
programu LoggerPro jsem vybrala zaacuteložku Data a z niacute zaacuteložku Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute
sloupec Pro přehlednost lze přejmenovat Dopočiacutetaacutevanyacute sloupec na Prvniacute derivace
Poteacute jsem kliknula na tlačiacutetko Funkce a v menu jsem zvolila Calculus a odtud možnost
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
26
Derivace Daacutele jsem kliknula na tlačiacutetko Proměnneacute (sloupce) a vybrala jsem možnost
Potenciaacutel Do pole Vyacuteraz se zapsala danaacute funkce s derivovanou proměnnou
Obr 8 Nastaveniacute prvniacute derivace funkce
Zobrazeniacute titračniacute křivky současně s prvniacute derivaciacute funkce
Kliknutiacutem leveacuteho tlačiacutetka myši na naacutezev svisleacute osy se objevilo okeacutenko ze ktereacuteho
jsem vybrala možnost Dalšiacute Objevila se tabulka ve ktereacute jsem vybrala možnost Prvniacute
derivace a stisknula Hotovo (Obr 9 a 10) V grafu se zobrazila prvniacute derivace
Pro přehlednost jsem zvolila pro zobrazeniacute derivace jinou barvu Kliknula jsem pravyacutem
tlačiacutetkem myši na svislou osu grafu v tabulce jsem vybrala možnost Nastaveniacute sloupcerarr
Prvniacute derivace V nabiacutedce dalšiacute tabulky jsem vybrala zaacuteložku Nastaveniacute a zvolila jsem
barvu pro znaacutezorněniacute prvniacute derivace (Obr 11 a 12)
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
27
Obr 9 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace
Obr 10 Nastaveniacute zobrazeniacute prvniacute derivace současně s titračniacute křivkou
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
28
Obr 11 Nastaveniacute sloupce prvniacute derivace
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
29
Obr 12 Nastaveniacute barvy prvniacute derivace funkce
Zjištěniacute inflexniacuteho bodu
Pro samotneacute zjištěniacute hodnoty inflexniacuteho bodu posloužiacute funkce Odečet hodnot kteraacute
se nachaacuteziacute v horniacute čaacutesti programu LoggerPro (naacutestrojovaacute lišta) Posunovaacuteniacutem kurzoru po
zaacuteznamu prvniacute derivace se zjistiacute hodnota potenciaacutelu v inflexniacutem bodě tedy přesnyacute bod
ekvivalence
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
30
Obr 13 Funkce odečet hodnot
Obr 14 Zjištěniacute inflexniacuteho bodu= bod ekvivalence
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
31
Dalšiacute možnosti nastaveniacute
Nastaveniacute měřiacutetka grafu
Pro lepšiacute zjištěniacute inflexniacuteho bodu jsem potřebovala přibliacutežit graf v oblasti
ekvivalence K tomu jsem musela změnit měřiacutetko na osaacutech grafu Na svisleacute ose jsem
kliknula dole a nahoře kde se objevila hodnota signaacutelu Tu jsem si upravila do potřebneacute
hodnoty Stejně jsem postupovala i u vodorovneacute osy s hodnotami objemu
Obr 15 Nastaveniacute měřiacutetka os grafu
Nastaveniacute maxima na svisleacute ose (hodnoty potenciaacutelu)
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
32
Vloženiacute poznaacutemky
Pro popis grafu jsem použila funkci vloženiacute textoveacuteho pole Na kartě Vložit jsem
zvolila možnost Textoveacute pole Vepsala jsem potřebneacute uacutedaje a popsala jsem jednotliveacute čaacutesti
grafu
Obr 16 Vloženiacute textoveacute poznaacutemky do grafu
Zachaacutezeniacute se senzorem oxidačně ndash redukčniacuteho potenciaacutelu
Po každeacutem experimentu je nutneacute důkladně oplaacutechnout elektrodu destilovnou vodou a
osušit čaacutest kteraacute byla ponořena a vraacutetit do roztoku pufru
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
33
32 Prakticeacute uacutelohy 910
321 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů
Uacutekol Manganometricky stanovte obsah železa ve vzorku železnateacute soli
Princip uacutelohy
Manganistan je silneacute oxidačniacute činidlo ktereacute je využiacutevaacuteno k oxidačně-redukčniacutem
titraciacutem Využiacutevaacute se jak v kyseleacutem tak v neutraacutelniacutem i alkalickeacutem prostřediacute V tomto
stanoveniacute se jednaacute o kyseleacute prostřediacute v němž se manganistan při reakci redukuje na
manganatou sůl Reakci vystihuje rovnice
10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 rarr 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
Fe2+ +MnO4- + 8H+ + 5e-rarr Mn2+ + Fe3++ 4H2O
Z rovnic vyplyacutevaacute že redoxniacute potenciaacutel tohoto systeacutemu do značneacute miacutery zaacutevisiacute na
koncentraci vodiacutekovyacutech iontů Potenciaacutel vyjadřuje Nernstova rovnice kteraacute maacute tvar
E= E0 + 119877119879
5119865ln
119886Mn2+a51198651198903+
11988651198651198902+1198861198721198991198744minus
E0 = 151 V
kde E0 je standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel R je molaacuterniacute plynovaacute konstanta T je
termodynamickaacute teplota F je Faradayova konstanta a jsou aktivity jednotlivyacutech složek
Pro aktivitu platiacute vztah
ai=119888119894
119888119904119905 120574119894
kde ci je koncentrace i-teacute složky cst je standardniacute koncentrace (1 mol dm-3)
Bod ekvivalence je indikovaacuten růžovou barvou roztoku kteraacute je způsobena prvniacute
nadbytečnou kapkou manganistanu Při potenciometrickeacutem stanoveniacute je bod ekvivalence
zjišťovaacuten z inflexniacuteho bodu na titračniacute křivce
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnyacute vaacutelec (50cm3)
4x kaacutedinky (150-250 cm3) byreta 25 cm3 ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini stojan
křiacutežoveacute svorky 2x držaacutek na byretu ochranneacute rukavice čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacutehoKMnO4 (c= 002 mol dm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek železnateacute soli (např FeSO4)
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
34
Postup
přiacuteprava roztoků ndash z připraveneacuteho roztoku siacuteranu železnateacuteho jsem odebrala vzorek
(cca 45 ndash 50 cm3) a doplnila v odměrneacute baňce vodou do objemu 100 cm3 K titraci
jsem odpipetovala 125 cm3 tohoto roztoku do kaacutedinky a přidala zhruba 25 cm3
vody a 25 cm3zředěneacute kyseliny siacuteroveacute Pokud byl roztok zakalenyacute musela jsem jej
zahřaacutet dokud se nevyčeřil
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4(c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura - viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
322 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol Manganometricky stanovte přesnou koncentraci peroxidu vodiacuteku
Princip
Stejně jako v uacuteloze 321 se jednaacute o oxidaci manganistanem draselnyacutem Peroxid
vodiacuteku se oxiduje na kysliacutek a manganistan se redukuje na manganatou sůl Reakci
vystihuje rovnice
5H202 + 2KMnO4 + 3H2SO4rarr5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
iontovyacute zaacutepis
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+rarr 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O
Bod ekvivalence je indikovaacuten prvniacutem trvale růžovyacutem zbarveniacutem roztoku ktereacute vznikaacute po
prvniacutem nadbytku manganistanu draselneacuteho
Pomůcky pipeta 5cm3 pipeta dělenaacute 25 cm3 odměrnaacute baňka (50 cm3) byreta 25 cm3
4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička stojan křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu ochranneacute
rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač kapek DropCounter
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem notebook
Chemikaacutelie roztok manganistanu draselneacuteho KMnO4 (c= 002 moldm-3) kyselina siacuterovaacute
H2SO4 (zředěnaacute 14) vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku H2O2
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
35
Postup
přiacuteprava roztoků ndash roztok kyseliny jsem připravila z 279 cm3 koncentrovaneacute
kyseliny siacuteroveacute a tento objem jsem doplnila do 250 cm3 Podrobnyacute vyacutepočet
viz kapitolu 332
do 50 cm3 odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 přibližně 3 peroxidu doplnila
po rysku vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute
baňky přidala jsem přibližně 10 ndash 15 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem KMnO4 (c= 002 moldm-3)
Titračniacute aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem manganistanu do růžoveacuteho zbarveniacute Několik kapek
činidla se odbarvilo zvolna později už titrace probiacutehala rychle
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
323 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Uacutekol jodometricky stanovte přesnou koncentraci vzorku peroxidu vodiacuteku
Princip
Tento typ stanoveniacute je založenyacute na zvratneacute reakci
I2 + 2e- rarr 2I-
E0= 0 5355 V
Protože je hodnota standardniacuteho potenciaacutelu u toho systeacutemu poměrně malaacute působiacute
jod oproti jinyacutem oxidačniacutem činidlům selektivněji Systeacutem jodid ndash jod je dokonale zvratnyacute
a to umožňuje velice přesneacute zjišťovaacuteniacute konce titraciacute Jodometrickaacute stanoveniacute je možneacute
rozdělit na dvě skupiny
laacutetky ktereacute majiacute nižšiacute redoxniacute potenciaacutel než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky se
obvykle snadno jodem oxidujiacute a přiacutemo se titrujiacute odměrnyacutem roztokem jodu
(kap 322 manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku)
laacutetky ktereacute majiacute vyššiacute redoxniacute potenciaacutell než systeacutem jod-jodid Tyto laacutetky oxidujiacute
jodidoveacute ionty na elementaacuterniacute jod V tomto přiacutepadě k roztoku stanovovaneacute laacutetky
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
36
přidaacutevaacuteme nadbytek jodidu a množstviacute uvolněneacuteho jodu je stanoveno titraciacute
odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2S2O32- rarr 2I- +S4O6
2-
Tento typ stanoveniacute nazyacutevaacuteme nepřiacutemaacute titrace
Stanoveniacute peroxidu vodiacuteku jodometriiacute probiacutehaacute podle reakciacute ktereacute vyjadřujiacute rovnice
a) H2O2 + 2I- + 2H+rarrI2 + 2H2O
b) I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Roztoky u kteryacutech se titruje uvolněnyacute jod nesmiacute byacutet alkalickeacute aby neproběhla samovolnaacute
oxidace jodu na jodnan
Pomůcky odměrnaacute baňka (50 cm3) 4x kaacutedinky (150-250 cm3) střička3x pipeta 5 cm3
byreta 25 cm3 křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan ochranneacute rukavice
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 mol dm-3) 10 roztok jodidu
draselneacuteho KI kyselina siacuterovaacute H2SO4(c= 2mol dm-3)vzorek roztoku peroxidu vodiacuteku
H2O2
Postup
přiacuteprava roztoků ndash využila jsem roztoků kyseliny siacuteroveacute připraveneacute
k manganometrickeacutemu stanoveniacute peroxidu (viz 322)
do 50 cm3odměrneacute baňky jsem odměřila 5 cm3 vzorku peroxidu doplnila po rysku
vodou a promiacutesila Z tohoto roztoku jsem odměřila 5 cm3 do titračniacute baňky přidala
jsem 5 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 5 cm3 roztoku KI Baňku jsem uzavřela
a nechala 15 minut staacutet na tmaveacutem miacutestě Poteacute jsem stěny baňky i zaacutetku oplaacutechla
a titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do slabě žluteacuteho zbarveniacute
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila potenciometricky jako inflexniacute bod na titračniacute křivce
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
37
324 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Uacutekol jodometricky stanovte obsah mědi ve vzorku měďnateacute soli
Princip
Toto stanoveniacute je založeno na reakci při ktereacute se z přebytku jodidu draselneacuteho
uvolniacute odpoviacutedajiacuteciacute množstviacute jodu Měď kteraacute vznikne redukciacute tvořiacute současně
s přebytečnyacutem jodidem špatně rozpustnyacute jodid měďnyacute podle reakce
2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2
Rovnovaacuteha reakce se musiacute posunout směrem doprava dostatečnyacutem přebytkem
jodidovyacutech iontů a takeacute kyselyacutem prostřediacutem Uvolněnyacute jod se titruje odměrnyacutem roztokem
thiosiacuteranu sodneacuteho podle reakce
I2 + 2Na2S2O3 rarr 2NaI +Na2S4O6
Pomůcky 3x kaacutedinky (150-250 cm3) 2x pipeta 5 cm3 byreta 25 cm3 elektromagnetickaacute
miacutechačka s miacutechadlem ochranneacute rukavice ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini čiacutetač
kapek DropCounter křiacutežoveacute svorky držaacutek na byretu stojan lžička střička notebook
Chemikaacutelie roztok thiosiacuteranu sodneacuteho Na2S2O3 (c= 005 moldm-3) pevnyacute jodid draselnyacute
KI kyselina siacuterovaacute H2SO4 (c= 2mol dm-3) roztok měďnateacute soli (např modraacute skalice)
Postup
podle vyacutepočtů (viz kapitolu 334) jsem připravila 5 cm3roztoku modreacute skalice
přidala jsem 15 až 25 cm3 zředěneacute kyseliny siacuteroveacute a 1 g pevneacuteho KI
tuto směs jsem zředila asi na 50 cm3 v kaacutedince
byretu jsem naplnila po rysku odměrnyacutem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho Titračniacute
aparatura ndash viz obr 4
připojila jsem ORP senzor a čiacutetač kapek k rozhraniacute ktereacute jsem zapojila do počiacutetače
přes USB vstup (obr 5)
otevřela jsem program LoggerPro a zahaacutejila jsem měřeniacute stisknutiacutem tlačiacutetka Sběr
dat
titrovala jsem roztokem thiosiacuteranu sodneacuteho až do zesvětlaacuteniacute roztoku v kaacutedince
titraci jsem ukončila za bodem ekvivalence kdy měla křivka sigmoidniacute tvar Bod
ekvivalence jsem určila jako v předchoziacutech měřeniacutech
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
38
325 Oscilačniacute reakce 11
Uacutekol Sledujte změny redoxniacuteho potenciaacutelu při oscilačniacute reakci
Princip
Jednaacute se o Bělousovovu ndash Žabotinskeacuteho reakci (tzv autokatalyzovanou
oxidačně ndash redukčniacute reakci) Jde o složityacute reakčniacute systeacutem se simultaacutenniacutemi a naacuteslednyacutemi
reakcemi Mezi jednotlivyacutemi reakcemi systeacutemu jsou vztahy kinetickeacute (různeacute reakčniacute
rychlosti) i rovnovaacutežneacute (konkurenčniacute rovnovaacutehy) Ceričiteacute a ceriteacute ionty působiacute jako
oxidačniacute a redukčniacute činidla Dochaacuteziacute k redukci bromidu na brom kteryacute se aduje
na kyselinu malonovou (organickyacute substraacutet) Katalyzaacutetorem je ferroin a barevnou změnu
způsobuje cyklickaacute oxidace a redukce bromičnanovyacutech iontů na bromidoveacute a zpět
V systeacutemu probiacutehaacute řada redoxniacutech reakciacute tudiacutež dochaacuteziacute ke změnaacutem redoxniacuteho potenciaacutelu
Pomůcky 3x odměrnyacute vaacutelec (50 cm3) odměrnyacute vaacutelec (10 cm3) kaacutedinka (250 cm3)
elektromagnetickaacute miacutechačka s miacutechadlem ORP senzor rozhraniacute LabQuest Mini
Chemikaacutelie bromičnan draselnyacute kyselina malonovaacute dusičnan ceričito-amonnyacute bromid
draselnyacute kyselina siacuterovaacute siacuteran železnatyacute heptahydraacutet 110 ndash fenantrolin destilovanaacute voda
Roztoky
A ndash 95 g bromičnanu draselneacuteho KBrO3 ve 250 cm3 destilovaneacute vody
B ndash 8 g kyseliny malonoveacute + 175 g bromidu draselneacuteho KBr ve 250 cm3
destilovaneacute vody
C ndash 265 g dusičnan ceričito amonnyacute Ce(NH4)2(NO3)6 + 375 cm3 kyseliny siacuteroveacute
H2SO4 doplnit do 250 cm3 vodou
D ndash 05 roztok ferroinu (023 g zeleneacute skalice + 056 g 110 ndash fenantrolinu
ve 100 cm3 H2O)
Postup
na stojan jsem upevnila čiacutetač kapek kteryacute jsem využila jako držaacutek ORP senzoru
senzor jsem připojila přes rozhraniacute LabQuest Mini a ponořila jsem elektrodu
do roztoku v kaacutedince
nejprve jsem smiacutechala 50 cm3 roztoku A a 50 cm3 roztoku B miacutechala jsem asi 1
minutu Poteacute jsem přidala k bezbarveacutemu roztoku 50 cm3 roztoku C a 3 cm3 roztoku
D
na zaacuteložce Experiment jsem vybrala možnost Sběr dat a v okně jsem vybrala
z kolonky Moacuted možnost Časovaacute zaacutevislost
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
39
v tabulce jsem zvolila Dobu trvaacuteniacute 60 minut a Vzorkovaciacute frekvenci
12 vzorkůminuta
Stisknula jsem zeleneacute tlačiacutetko Sběr dat a Hotovo (obr 7)
Nechala jsem reakci probiacutehat asi hodinu abych ziacuteskala dostatek dat pro grafickyacute
zaacuteznam průběhu reakce
33 Vyacutesledky měřeniacute9
V teacuteto čaacutesti jsem se zaměřila na vyhodnocovaacuteniacute vyacutesledků měřeniacute a jejich
zpracovaacuteniacute Potenciometrickeacute titrace lze vyhodnotit praacutevě diacuteky softwaru od firmy Vernier
Klasickeacute potenciometrickeacute metody jsou založeny na experimentaacutelniacutem zjištěniacute napětiacute
člaacutenku Ten je tvořen dvěma elektrodami ktereacute majiacute rozdiacutelneacute hodnoty potenciaacutelů
1) Indikačniacute elektroda (většinou platinovaacute)- je přiacutemo v titrovaneacutem
roztoku Jejiacute potenciaacutel Ei určuje poměr aktivit v roztoku kteryacute je
titrovaacuten
V průběhu titrace se tento poměr měniacute nejviacutece v okoliacute bodu
ekvivalence
2) Referentniacute elektrodandash hodnota ER nezaacutevisiacute ani na koncentraci
ani na poměru laacutetek v titrovaneacutem roztoku
Z toho plyne vztah pro experimatnaacutelně změřeneacute napětiacute člaacutenku
U= |Ei - ER|
Konec titrace pak lze určit buď pomociacute inflexniacuteho bodu titračniacute křivky nebo
pomociacute napětiacute ktereacute odpoviacutedaacute bodu ekvivalence Prvniacute metoda je zdlouhavějšiacute ale zvlaacuteště
pro maacutelo strmeacute křivky je většinou přesnějšiacute Pokud je titračniacute křivka symetrickaacute je inflexniacute
bod shodnyacute s bodem ekvivalence U nesymetrickyacutech křivek toto neplatiacute Pokud je ale
titračniacute křivka v okoliacute bodu ekvivalence dostatečně strmaacute je možneacute zanedbat odpoviacutedajiacuteciacute
rozdiacutel objemů a lze označit inflexniacute bod za konec titrace
Jako dalšiacute možnost zjištěniacute bodu ekvivalence lze takeacute uveacutest praacuteci s redoxniacutemi
indikaacutetory jako je např difenylamin či ferroin Jednaacute se o organickeacute laacutetky ktereacute se
vyskytujiacute jak v redukovaneacute tak v oxidovaneacute formě a mohou z jedneacute formy do druheacute
přechaacutezet Indikaacutetor musiacute splňovat řadu požadavků aby se dal vhodně použiacutet
při redoxniacutech titraciacutech Nesmiacute reagovat s činidlem než proběhne reakce činidla se
stanovovanou laacutetkou Z toho vyplyacutevaacute že činidlo musiacute reagovat se stanovovanou laacutetkou
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
40
rychleji než s indikaacutetorem Zaacuteroveň ale musiacute činidlo reagovat s indikaacutetorem natolik rychle
aby za bodem ekvivalence byla i při maleacutem přebytku činidla patrnaacute změna zabarveniacute
indikaacutetoru Jako přiacuteklad indikaacutetoru a jeho využitiacute uvaacutediacutem použitiacute
110-fenanthrolinu při titraciacutech ceričityacutemi solemi Tato laacutetka tvořiacute s dvojmocnyacutem železem
staacutelyacute a intenzivně červeně zabarvenyacute komplex zvanyacute ferroin Ten podleacutehaacute reverzibilniacute
oxidaci kdy dvojmocneacute železo přechaacuteziacute na trojmocneacute Při tomto přechodu se původně
červenyacute železnatyacute komplex měniacute na světle modryacute železityacute komplex Samotnaacute reverzibilniacute
redoxniacute reakce maacute velmi rychlyacute průběh a komplex obsahujiacuteciacute trojmocneacute železo je odolnyacute
vůči dalšiacute oxidaci proto je tento indikaacutetor využiacutevaacuten
při reduktometrickyacutech titraciacutech
Mezi chemickeacute způsoby zjištěniacute bodu ekvivalence patřiacute použitiacute specifickyacutech
indikaacutetorů (např hexakyanoželezitan při titraci železnatyacutech iontů dichromanem
draselnyacutem) nebo ireverzibilniacutech indikaacutetorů ktereacute ale můžeme použiacutet jen omezeně
(např methylovaacute oranž při titraci využiacutevajiacuteciacute bromičnan draselnyacute)
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
41
331 Manganometrickeacute stanoveniacute železnatyacutech iontů ve vzorku železnateacute soli
Obr 17 Zobrazeniacute titračniacute křivky a prvniacute derivace
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
42
Obr 18 Titračniacute křivka
Obr 19 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
43
Tabulka 2 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute železnatyacutech iontů
V [cm3] E0 [mV] dEdV
1136 56867 1100027
1139 5726 140941
1143 57874 164513
1146 58435 1571468
115 58997 2666584
1154 6034 5013964
1157 62578 3002977
1161 8179 5269819
1164 10022 2979896
1168 103075 6192565
1171 104643 3452318
1175 105541 2273717
1179 106267 1802277
1182 106828 1492894
1186 107333 1252263
1189 107723 1095117
1193 108116 1100027
1196 108508 8643073
Vyacutepočty
Vyacutepočet obsahu železa ve vzorku železnateacute soli
Spotřeba roztoku KMnO4 v bodě ekvivalence (podle prvniacute derivace v grafu)
V= 1161 cm3
Koncentrace roztoku KMnO4 c= 002 mol dm-3
Vzorek doplněn vodou do Vcelk= 100 cm3
Pipetovaacuteno k titraci Vpip= 125 cm3
M(Fe)= 55847 g mol-1
Reakce
5Fe2+ + MnO4- + 8H+rarr 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
n1198701198721198991198744= c1198701198721198991198744 V1198701198721198991198744
n1198701198721198991198744 = 002 1151 10-3
n1198701198721198991198744= 232210-4 mol
n1198651198902+= 5n1198701198721198991198744
n1198651198902+ = 5 232210-4
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
44
n1198651198902+= 116110-3 mol
m1198651198902+ = n1198651198902+ M1198651198902+
m1198651198902+= 116110-3 55847
m1198651198902+= 00648 g
mcelk Fe= m1198651198902+ VcelkVpip
mcelk Fe= 00648 0100125
mcelk Fe = 052 g
Ve 100 cm3 vzorku železnateacute soli bylo obsaženo 052 g železa
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla v programu LoggerPro sigmoidniacute titračniacute křivka Z uacutedajů
v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti programu LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu (tabulka 2) V tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť
v roztoku převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Bod ekvivalence jsem zjistila
z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst v hodnotě derivace (tabulka 2)
K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce potenciaacutelu (viz kapitola 312)
Jelikož se jednaacute o symterickou titračniacute křivku shoduje se bod ekvivalence s inflexniacutem
bodem
3 3 2 Manganometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
45
Obr 20 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 21 Titračniacute křivka
Obr 22 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
46
Tabulka 3 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při manganometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
496 67398 -23572
500 67398 2037997
504 68853 2975967
507 69523 4311715
511 71933 1807188
514 70814 3138025
518 74175 2227064
521 86722 4257695
525 104587 2987262
529 108059 7292593
532 109796 4159479
536 111031 3059451
539 111981 2352291
543 112711 1959424
546 113381 164513
550 113886 1335748
Vyacutepočty
Přiacuteprava roztoku kyseliny siacuteroveacute o koncentraci c= 2 mol dm-3
1000ml roztoku odpoviacutedaacute 1830 g kyseliny podle hustoty ρ=183 g cm-3
Měla jsem k dispozici 96 kyselinu siacuterovou z toho vyplyacutevaacute
ve 1000 cm-3 je 96 kyseliny tzn 960 cm-3 naacutesobila jsem hmotnostiacute 1830 g a dostala
jsem vyacutesledek
17568 g 96 kyseliny v 1000 cm-3
Pro vyacutepočet koncentrace kyseliny jsem potřebovala znaacutet jejiacute laacutetkoveacute množstviacute
nH2SO4=m H2SO4 M H2SO4
nH2SO4 =17568 9808
nH2SO4 = 179 mol
Vyacutepočet koncentrace kyseliny siacuteroveacute
Vyacutechoziacute koncentrace c1=179 mol dm-3
Potřebnaacute koncentrace c2= 2 mol dm-3
Vyacutechoziacute objem V1=
Potřebnyacute objem (podle odměrneacute baňky) V2= 250 cm-3
c1 V1 = c2 V2
47
179 V1 = 2 250
V1= 500179
V1= 279 cm-3 96 H2SO4 do 250 cm-3 odměrneacute baňky
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku
Odpipetovaacuteno k titraci Vpip= 5 cm3
Spotřeba roztoku manganistanu v bodě ekvivalence V = 521 cm3
Koncentrace roztoku manganistanu c 1198701198721198991198744= 002 mol dm-3
n 11986721198742= 5
2 n 1198701198721198991198744podle rovnice reakce
n 1198701198721198991198744= c 1198701198721198991198744 V 1198701198721198991198744
n 1198701198721198991198744= 002 000521
n 1198701198721198991198744= 00001042 mol
n 11986721198742= 0002605 mol
c 11986721198742= n 11986721198742Vpip
c 11986721198742= 00026050005
c 119919120784119926120784= 00521 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 00521 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka U tohoto měřeniacute neniacute průběh tak
přesnyacute neboť dochaacutezelo ke koliacutesaacuteniacute signaacutelu na začaacutetku měřeniacute a před bodem ekvivalence
Z uacutedajů v tabulkaacutech v leveacute čaacutesti LoggerPro jsem zjistila spotřebu (objem) odměrneacuteho
roztoku a standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo
k prudkeacute změně potenciaacutelu I v tomto přiacutepadě došlo k naacuterůstu potenciaacutelu neboť v roztoku
převažovalo oxidačniacute činidlo (manganistan) Kromě bodu ekvivalence lze zjistit i inflexniacute
bod Bod ekvivalence jsem zjistila z inflexniacuteho bodu kteryacute představuje největšiacute naacuterůst
v hodnotě derivace (tabulka 3) K tomu jsem potřebovala zjistit prvniacute derivaci funkce
potenciaacutelu (viz kapitola 312)
48
3 3 3 Jodometrickeacute stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
Obr 23 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 24 Titračniacute křivka
49
Obr 25 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 4 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence při jodometrickeacutem stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
V [cm3] E0 [mV] dVdE
257 38550 4747142
261 38382 5421018
264 38161 6119448
268 37936 6667825
271 37712 7985566
275 37375 9818945
279 37038 1321288
282 36533 2329919
286 35807 4485504
289 34239 8434635
293 28244 8378433
296 26732 4361369
300 26059 2190233
304 25614 1214068
307 25277 8719464
311 25052 7505396
314 24716 5936656
318 24603 3925941
321 24491 330663
Přiacuteprava kyseliny siacuteroveacute (2mol dm-3) ndash využila jsem kyselinu z manganometrickeacuteho
stanoveniacute peroxidu vodiacuteku
50
Vyacutepočet koncentrace peroxidu vodiacuteku9
1 cm3 01 N roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 17007 10-3 g
peroxidu vodiacuteku
Spotřeba roztoku thiosiacuteranu v bodě ekvivalence V= 289 cm3
Objem peroxidu vodiacuteku použiteacuteho k titraciVpip= 5 cm3
1 cm3 01 N Na2S2O3 hellip17007 10-3 g H2O2
289 cm3 helliphelliphelliphelliphelliphellipx g H2O2
x= 289 17007 10-3
x= 4 915 10-3 g H2O2
Hmotnost peroxidu vodiacuteku m= 4 915 10-3 g
Molaacuterniacute hmotnost peroxidu M= 34g mol-1
Laacutetkoveacute množstviacute peroxidu vodiacuteku n= (mol)
n11986721198742= m11986721198742M11986721198742
n11986721198742= 4 915 10-3 34
n11986721198742= 0145 10-3 mol
koncentrace peroxidu vodiacuteku c= (mol dm-3)
c11986721198742= n11986721198742Vpip
c11986721198742= 0145 10-30005
c119919120784119926120784= 0029 mol dm-3
Koncentrace vzorku peroxidu byla 0029 mol dm-3
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Na rozdiacutel od
manganometrickeacuteho stanoveniacute peroxidu vodiacuteku kde dochaacuteziacute k oxidaci peroxidu na kysliacutek
došlo v tomto přiacutepadě k jeho redukci a tiacutem k poklesu potenciaacutelu v okoliacute bodu
ekvivalence(tabulka 4)
51
3 3 4 Jodometrickeacute stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
Obr 26 Zobrazeniacute titračniacute křivky s prvniacute derivaciacute
Obr 27 Titračniacute křivka
52
Obr 28 Detailniacute zobrazeniacute bodu ekvivalence
Tabulka 5 Hodnoty spotřeby odměrneacuteho roztoku a potenciaacutelu při jodometrickeacutem
stanoveniacute měďnatyacutech soliacute
V [cm3] E0 [mV] dVdE
1243 31885 3188536
1246 31661 3166087
1250 31492 314925
1254 31215 3121539
1257 30430 3042965
1261 29868 2986841
1264 28862 2886169
1268 26732 2673249
1271 21299 21299
1275 19226 1922593
1279 18444 184437
1282 18051 1805084
1286 17490 174896
1289 17269 1726861
1293 17100 1710024
1296 17044 1704411
1300 17100 1710024
1304 17100 1710024
53
Vyacutepočty9
Přiacuteprava vzorku měďnateacute soli (zde modraacute skalice)
1 cm3 01 N thiosiacuteranu sodneacuteho (c~005 mol dm-3) odpoviacutedaacute 63546 mg mědi objem
byrety je 25 cm3 odhadovanaacute spotřeba v bodě ekvivalence je zhruba 12 cm3
Z toho vyplyacutevaacute že na 12 cm3 thiosiacuteranu připadaacute 12 x 63546 mg mědi tedy 00763 g mědi
M (modraacute skalice CuSO4 5H2O)= 24955 g mol-1
M (Cu)= 6355 g mol-1
1 mol modreacute skalice 24955 g mol-1hellip1mol Cu 6355 g mol-1
x g modreacute skalicehellip 00763 g Cu
x= 00763 24955 6355
x= 02996 g na 5 cm3 vzorku
Připravovala jsem roztok do 250 cm3 odměrneacute baňky z toho vyplyacutevaacute
02996 50= 1498 g modreacute skalice
Vyacutepočet obsahu mědi ve vzroku měďnateacute soli (modreacute skalice)
Spotřeba odměrneacuteho roztoku thiosiacuteranu sodneacuteho v bodě ekvivalence činila
V119873119886211987821198743ekv= 12 68 cm-3
1cm3 01 N Na2S2O3 (c~005 mol dm-3) hellip 63546 mg Cu
1289 cm3 01 N Na2S2O3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip x mg Cu
x= 63546 1268
x= 80 5763 mg Cu
xcong 00806 g Cu
Ve vzorku měďnateacute soli (modraacute skalice) bylo obsaženo přibližně 00806 g mědi
Vyhodnoceniacute
Průběhem titrace vznikla sigmoidniacute titračniacute křivka Jako u předchoziacutech stanoveniacute
jsem zjistila spotřebu standardniacute elektrodovyacute potenciaacutel a bod ekvivalence podle naacutevodu
v kapitole 312 Po překročeniacute bodu ekvivalence došlo ke změně potenciaacutelu Potenciaacutel
systeacutemu Cu2+Cu je nižšiacute než potenciaacutel systeacutemu I2I- Takže by teoreticky mělo dojiacutet
k oxidaci a tedy i k naacuterůstu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence Ale vznikajiacuteciacute jodid
měďnyacute CuI je maacutelo rozpustnyacute a potenciaacutel systeacutemu Cu2+CuI je většiacute než hodnota
potenciaacutelu systeacutemu I2I Proto probiacutehaacute reakce 2Cu2+ + 4I- rarr2CuI + I2 zleva doprava (kap
324) a dochaacuteziacute k redukci mědi a poklesu hodnoty potenciaacutelu v okoliacute ekvivalence (tabulka
5)
54
335 BZ reakce oscilačniacute reakce
Obr 29 Graf průběhu oscilačniacute reakce
Obr 30 Detailniacute zobrazeniacute průběhu oscilace od minima k maximu
55
Tabulka 6 Hodnoty potenciaacutelu při oscilačniacute reakci a odpoviacutedajiacuteciacute zbarveniacute roztoku
Modraacute - minimum zelenaacute ndash maximum
potenciaacutel E0 [mV]
barva
8947896 modraacute
1118268 zelenaacute
9977418 modrofialovaacute
9823778 fialovaacute
9608754 fialovaacute
9344621 růžovofialovaacute
9142575 červenaacute
9031731 červenaacute
8958419 červenaacute
8911766 modraacute
1114409 zelenaacute
1001881 modrofialovaacute
9880604 fialovaacute
9687678 fialovaacute
9414776 růžovofialovaacute
9180459 červenaacute
9042254 červenaacute
896333 červenaacute
8910012 modraacute
1090662 zelenaacute
1002933 modrofialovaacute
Obr 31 Minimum a maximum oscilačniacute reakce
Modraacute barva představujiacuteciacute nejnižšiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu reakce E0~890 mV
zelenaacute barva naopak představuje nejvyššiacute hodnotu potenciaacutelu v průběhu oscilačniacute reakce
E0~1100mV
56
Obr 32 Modrofialovaacute barva a fialovaacute barva
Modrofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~1000 mV fialovaacute barva
představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~980 mV
Obr 33 Růžovofialovaacute barva a červenaacute barva
Růžovofialovaacute barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~940 mV červenaacute
barva představuje přibližnou hodnotu potenciaacutelu E0~910 mV
Vyhodnoceniacute
V průběhu měřeniacute ORP senzor zaznamenaacuteval pravidelně se opakujiacuteciacute křivku
zaacutevislosti signaacutelu na čase Probiacutehajiacuteciacute oscilačniacute reakce se sklaacutedaacute z několika souběžnyacutech
oxidačně redukčniacutech reakciacute ktereacute způsobujiacute pravidelneacute změny signaacutelu V grafu jsem
pozorovala maxima a minima hodnoty signaacutelu kdy maximum představovala zelenaacute barva
a minimum modraacute barva Mezi těmito hodnotami se střiacutedaly tyto barvy fialovomodraacute
fialovaacute růžovofialovaacute a červenaacute Faacuteze červeneacute barvy trvala nejdeacutele Vše lze vyčiacutest z grafů
57
(obr 29 a 30) Počaacutetečniacute zeleneacute zbarveniacute přechaacutezelo přes modrou fialovou až do červeneacute a
zpět na zelenou Probiacutehala oscilačniacute reakce a barvy se neustaacutele cyklicky měnily
58
4 Zaacutevěr
V mojiacute bakalaacuteřskeacute praacuteci jsem se zabyacutevala problematikou oxidačně ndash redukčniacutech
reakciacute a elektrodovyacutech potenciaacutelů
Hlavniacutem ciacutelem bylo naučit se ovlaacutedat senzor oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů
ORP ndash BTA a navrhnout praktickeacute uacutelohy ktereacute by se daly využiacutet v laboratořiacutech na
středniacutech a vysokyacutech školaacutech
V meacute praacuteci jsou zahrnuty zaacutekladniacute principy a možnosti praacutece se softwarem a
přiacutestroji od firmy Vernier zdaleka zde ale nejsou uvedeny všechny neboť rozsah možnostiacute
softwaru je velmi širokyacute
Možnosti měřeniacute v systeacutemu Vernier jsem popsala na potenciometrickyacutech titraciacutech a
tato měřeniacute jsem zpracovala tak aby se dala v budoucnu využiacutet jako naacutevody při
laboratorniacutech cvičeniacutech
59
Literatura
1) Pavelka V Schuumltz A Anorganickaacute chemie SPN Praha 1974
2) Brown GI Uacutevod do anorganickeacute chemie SNTL Praha 1982
3) Opekar F Jeliacutenek I Rychlovskyacute P Plzaacutek Z Zaacutekladniacute analytickaacute chemie
Karolinum Praha 2005
4) Brdička R Kalousek M Schuumltz A Uacutevod do fyzikaacutelniacute chemie SNTL Praha 1972
5) Fischer O Kišovaacute L Miadokovaacute M Mollin J Fyzikaacutelniacute chemie SPN Praha
1983
6) Vysokaacute škola chemicko-technologickaacute
httpwwwvschtczfchczpomuckysbfcholdhtml staženo 23 5 2013
7) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacutelniacute chemie bakalaacuteřskyacute a magisterskyacute kurz VŠCHT
Praha 2008
8) Novaacutek J a kolektiv Fyzikaacuteniacute chemie II VŠCHT Praha 2001
9) Berka A Feltl L Němec I Přiacuteručka k praktiku z kvantitativniacute analytickeacute chemie
SNTL Praha 1985
10) Vondraacutek D Vulterin J Analytickaacute chemie SNTL Praha 1985
11) Roesky W H Moumlckel K Chemische Kabinettstuumlcke VCH Weinheim 1994
60
Shrnutiacute
Praacutece je věnovaacutena oxidačně ndash redukčniacutem dějům a redoxniacutem potenciaacutelům Zabyacutevaacute
se předevšiacutem problematikou potenciometrickyacutech stanoveniacute Obsahuje naacuteměty na praktickeacute
uacutelohy při kteryacutech bylo použito senzoru na měřeniacute oxidačně ndash redukčniacutech potenciaacutelů ORP -
BTA od firmy Vernier Uacutelohy jsou zaměřeny na sledovaacuteniacute oxidačně ndash redukčniacutech
potenciaacutelů při potenciometrickyacutech titraciacutech Pozornost je takeacute věnovaacutena změnaacutem redoxniacutech
potenciaacutelů při oscilačniacutech reakciacutech Součaacutestiacute je kapitola věnovanaacute praacuteci s ORP senzorem a
softwarem Logger Pro
kliacutečovaacute slova oxidace redukce redoxniacute potenciaacutel potenciomerickaacute titrace bod
ekvivalence
Summary
This thesis focuses on oxidation-reduction processes and potentials Especially it
focuses on the issue of potentiometric titration The thesis includes suggestions
for practical tasks where the ORP- BTA sensor was usedIn the practical part there are
compiled tasks where the ORP ndash BTA sensor was used Practical tasks focus on measuring
oxidation-reduction potentials at potentiometric titration and determination of the titration
ending The thesis also includes chapter which pays attention to four-color oscillating
reactions
keywords oxidation reduction redox potential titration equivalence point
Recommended