Мірний посуд та робота з ним

Який мірний посуд вживають у хімічних аналізах?

Одиниці об’єму.Одиницею об’єму в інтернаціональній си­сте­мі одиниць (СІ) є кубічний метр (м³). Вживаємо і дольні оди­ни­ці 1 дм³ = 10^‑3 м³ та 1 см³ = 10^‑6 м³. По­за­сис­тем­ною оди­ни­цею без об­ме­жен­ня тер­мі­ну використання є літр (л), який тепер при­рів­ню­ють кубічному де­ци­мет­ро­ві. Тер­мін «об’єм» ре­ко­мен­ду­ють, щоб характеризувати про­стір, що займає ті­ло або ре­чо­вина, а «міст­кість» − для об’єму вну­трі­ш­нього про­сто­ру. Термін «єм­ність» вживати не рекомендують.

Посуд, що використовують у титриметрії. Об’єми розчинів у тит­ри­мет­рії ви­мі­рю­ють, за­пов­ню­ю­чи ними посуд відомої міст­ко­сті. У титриметрії використовують колби, піпетки та бюретки. Мір­ни­ми цилін­дра­ми ви­мі­рюю­ть об’­є­ми з меншою точністю, і ми їх тут не розгля­да­ємо.

Посуд (звичайно – мірні колби) називають гра­ду­йованим «на на­пов­нен­ня», якщо його місткість від­по­ві­дає об’ємові рідини всере­ди­ні посуду. Відповідно до їх використання, піпетки та бюретки гра­ду­ю­ють «на ви­ли­ван­ня», їх об’єм відповідає об’­є­мові рі­ди­ни, що ви­ли­ва­єть­ся з заповненого за певними пра­ви­лами посуду, без врахування тієї рідини, що змо­чує стін­ки посуду.

Рис.2.1	Бюретка – довга градуйована трубка од­на­ко­во­го діаметра по всій дов­жи­ні. Її за­кріпляють вертикально у шта­тиві. Вни­зу бюретки – пристрій, че­рез який по­сту­по­во зливають розчин. При­стро­єм є або скля­ний кран, або гу­мова труб­ка зі скляним наконечником, в сере­дину якої вміщують скляну кульку, що перекриває виток роз­чи­ну. Вихід для нього від­кри­ва­ють, від­тя­га­ю­чи гуму, що облягає кульку посередині. На­тис­ку­ють легко, не за діаметром кульки, а за хор­дою, трохи змі­щу­ю­чи на­тиск вгору від кульки. Якщо натиснути ниж­че від неї, а потім відпустити, то повітря може ввійти в час­ти­ну нижче кульки (як при ко­ри­сту­ванні медицинською піпеткою). Пе­ред по­чат­ком рівень розчину встановлюють проти познач­ки «0». Щоб уникнути похибки від паралаксу – такої, коли на об’­єкт та по­знач­ку дивляться косо, під ку­том, − слід спо­сте­рі­га­ти за шка­лою так, щоб лінія від ока до по­знач­ки була під прямим кутом до бюретки.
На рисунку показано як пра­виль­ний відлік (посередині), так і відліки з похиб­ка­ми від па­ра­лак­су. Намагайтесь за­крі­пи­ти бюретку на   Рис. 2.2

висоті, що від­повідає Ва­шо­му зро­­сту – так, щоб можна бу­ло ди­ви­тись на будь-яку поділку під прямим кутом, мо­же, лише трохи приги­на­ю­чись або вста­ю­чи навшпиньки.

На жаль, на використаному нами типі бю­ре­ток поділки за­над­то ко­рот­кі – не те що кіль­це­ві на колбах чи піпетках! Отже до­во­дить­ся вживати спе­ці­аль­них заходів, щоб змен­шити похибку від паралаксу. За­у­ва­жи­мо, що бюретку жорстко за­кріп­лю­ють на ро­бо­чо­му столі в штативі і вільно ру­ха­ти її від­но­сно ока, як кол­­бу, не можна. Щоб зменшити похибку при роботі, на зви­чай­них бюретках вмі­щують позаду білий ек­ран з чорною горизонтальною сму­гою. Його пе­ре­мі­щу­ють вго­ру чи вниз, аж поки сму­га не роз­мі­сти­ться трохи нижче меніску, що, завдяки оп­тич­ним явищам, виглядатиме як чорний на білому фоні – то­ді від-

Рис. 2.3

ек­ран з чорною горизонтальною сму­гою. Його пе­ре­мі­щу­ють уго­ру чи вниз, аж поки сму­га не роз­мі­сти­ться трохи нижче меніску, що, завдяки оп­тич­ним явищам, виглядатиме як чорний на білому фоні – то­ді відлік чіткіший. Спо­сте­рі­га­ти за рівнем розчину зру­чніше на спе­ці­аль­них бюретках таких, де поділки для цілих зна­чень у формі кільця, або з вузь­кою кольоровою сму­гою на бі­ло­му фоні на про­ти­леж­но­му (від спо­сте­рі­гача) боці бю­рет­ки, де, за­вдя­ки зла­мо­ві світла у ме­ні­ску, цю смугу бачимо як ро­зір­ва­ну на 2 за­го­стре­них відтінка прямої, що сходяться у точці відліку.

Ми у практикумі ви­ко­ри­сто­вуємо переважно бюретки місткістю 25 мл та ціною поділки 0,1 мл. З розвитком елек­тро­ніки шкалами витісняються пристрої з чи­сло­вим відліком, але важко уявити просту модифікацію бю­рет­ки в цьому на­прям­і! Прилади зі шкалами створювали так, щоб відстань між по­ділками не була за­ма­лою, щоб не утруднювати відлік. Прагнучи точності, на око роз­би­ва­ють проміжок між по­діл­ками на 3 частини і записують відлік, на­прик­лад,

як 19,23 мл (не спе­ре­чатимемось, чи це не 19,22 мл або 19,24 мл – ці нюанси суб’­єктивні). До речі, об’єм краплі як раз близький до цієї 1/3 відстані між по­діл­ками, отже, титруючи з таким об­лад­нанням – мак­ро­ме­то­дом – ми не на­ма­га­є­мось зменшити об’єм краплі.

Мірна колба – плоскодонна. Рі­ди­на, що налита в кол­бу до по­знач­ки – тон­кого ко­ла нав­кру­ги горла – має займати об’єм, що за­пи­саний на кол­бі, при стан­дарт­ній температурі (20 ^оС).

Рис. 2.4.

Заповнюючи колбу, тримаємо її перед собою так, щоб пе­ред­ня та задня частина мітки зливалися перед очима в одну лі­нію, і щоб цієї лі­нії доторкалася нижня опукла частина ме­ніс­ку рідини. Так уни­ка­ють похибки від па­ра­лак­су. Гор­ло колби від­нос­но вузь­ке, малі зміни об’єму по­міт­но впливають на ви­соту ме­ніс­ку і похибки відліку неве­ли­кі. Від­стань від мітки до проб­ки до­стат­ня, щоб зручно перемішу­ва­ти рідину.

Рис. 2.5

Піпетка з однією рискою – це скляна трубка з роз­ши­ренням посередині. Нижній її кінець від­тяг­ну­то у ка­піляр. На верхній ча­сти­ні ви­трав­ле­но кіль­це­ву мітку. Во­на вказує, до якого місця слід за­пов­нити піпетку, щоб об’єм рідини, що її ви­ли­ва­ють з піпет­ки за пев­ними правилами, відповідав но­міналові. Існують також градуйовані піпетки – вузькі трубки з багатьма поділками. Ці піпетки до­зво­ля­ють вимірювати різ­ні об’єми рідини, як і бюретки. У тит­ри­мет­рії їх за­сто­со­ву­ють лише на до­по­між­них операціях. Використання мірного посуду Перевірка чистоти й очистка посуду Слід використову­вати чистий посуд, без видимих забруднень, і щоб ди­сти­льо­ва­на вода рівномірно сті­кала з її вну­тріш­ньої поверхні, не лишаючи ані крапель, ані жир­них плям, що не змо­чуються водою. Проти жирних плям хромова суміш не завжди ефективна. Кра­щі ре­зуль­та­ти дає змішування її ком­понентів без­по­се­ред­ньо на стін­ках посуду, які спо­чат­ку змочують розчином ди­хро­ма­ту (краще більш розчинного у воді Na2Cr2O7). Над­­ли­­шок розчину ви­ли­ва­ють назад у бан-

ку і у посуд вво­дять невелику кіль­кість концентрованої H₂SO₄. Кис­лота, змі­шуючись з водою, розігрівається, і сві­жа суміш, утво­рена на стінці, ще й тепла. Су­мі­ш виливають у спе­ці­аль­ну банку (щоб не руйнувати ка­на­лі­за­цій­ні комунікації) і повторно не ви­ко­ри­сто­ву­ють. Звичайно, від бюретки перед миттям від’єд­ну­ємо гумовий кін­чик. Хо­ро­ший миючий засіб – гарячий роз­чин Na₂CO₃ або Na₃PO₄, яким можна терти стінки посуду смугою чи­стої ганчірки. Вимиваючи бюретку, ган­чі­ряний тампон за­кріп­лю­ємо на дротяному шом­по­лі.

Виготовлення розчинів. Готуючи розчин, у колбу вмі­щу­ють наважку речовини або порцію її розчину, від­мі­ря­ну пі­пет­кою (дивись нижче). Наважку зважують у бюксі (якщо це розчин чи гігроскопічна речовина), на «го­дин­ни­ко­во­му склі» (скля­ній пластинці у формі кола, з опу­клі­стю, що збирає ре­чо­вину в ниж­ній частині) або у «со­бачці» (мік­ро­про­бірці, що часто для зручності ма­ні­пу­лю­ван­ня має напаяні розгалудження – «лап­ки» і «хвостик»). Наважку зазвичай переносять у мірну кол­бу че­рез воронку, і від­по­від­ним роз­чин­ни­ком (дис­ти­льо­ва­ною во­дою, розчином кислоти то­що) ре­тельно зми­ва­ють (че­рез ту ж воронку) решту речовини зі стінок «го­дин­ни­ко­во­го скла» або про­бір­ки, заповнюючи кол­бу при­близ­но на ¾ її міст­ко­сті.

Виготовляючи розчин, звертаємо увагу на температуру. При точних до­слід­женнях колби з розчинами витримують у тер­мо­ста­тах. Для нас до­сить ви­ко­ри­сто­ву­ва­ти розчинник, що ви­три­ма­ний у робо­чому приміщенні та прий­няв його температуру, яку вимірюють і, в разі необхідності, вводять у ви­мі­ря­ний об’єм температурні поправки, як описано нижче. Якщо температури во­ди і при­мі­щен­ня відріз­ня­ються, або речовина розчиняється зі значним теп­ло­вим ефектом (на­прик­лад, Na₂S₂O₃·5H₂O – з ен­до­тер­міч­ним), то, не до­во­дя­чи роз­чин до мітки, кол­бу витримуємо у примітивному термостаті – великій по­су­ди­ні з во­до­про­від­ною водою, що має температуру приміщення.

Робота з піпеткою. Піпеткою переносять певний об’єм рідини з однієї по­су­ди­ни в іншу. Застосовують або чисту суху піпетку або злегка змо­чену ди­сти­льо­ва­ною водою, якою її ви­ми­ли. В останньому випадку слідкують, щоб во­да не попала в посудину з розчином: витирають піпетку зовні шматочком філь­тру­валь­ного паперу, зразу втягують у неї трохи розчину, спо­лос­ку­ють ним пі­пет­ку і ви­ли­вають в окрему посудину. Спо­лос­ку­ван­ня повторюють тричі.

Працюючи з піпеткою, уникають тримати рукою її се­ред­ню розширену частину, де міститься більша частина розчину, бо інакше розчин нагріється і йо­го об’єм зміниться. Піпетку беруть за верхню частину великим і среднім паль­ця­ми правої руки і, тримаючи піпетку вертикально, зануюють її кінець у розчин. Від­со­су­ючи повітря через верхній отвір піпетки, затягують у неї порцію розчину трохи вище мітки. Хоча досвідчений хімік вміє затягнути розчин і власним ротом, все ж, особливо працюючи з їдкими та отруйними розчинами, повітря слід від­со­су­ва­ти не­ве­лич­кою гумовою грушею.

Заповнивши піпетку, закривають верхній отвір вказівним паль­цем пра­вої руки і виймають її з посудини з розчином. Послаблюючи обереж­но на­тиск паль­ця, випускають надлишок роз­чи­ну до міт­ки – зви­чай­но, у допоміжну посудину (якщо зовсім зняти па­лець, то важ­ко піймати ту мить, коли його слід повернути). Зов­ні­шня по­верх­ня піпетки, що перед тим була занурена у розчин, зви­чай­но мок­ра, і цю додаткову краплю не слід приєднувати до відміряного розчину. Крап­лю знімають, доторкнувшись за­зда­ле­гідь при­го­то­ва­ною смуж­кою філь­тро­валь­ного паперу до бічної по­вер­хні піпетки (до отвору не торкаємось, щоб не спричинити про­ско­ку повітря у піпетку!). Нарешті пі­пет­ку вносять у посудину, в яку відмірюють порцію роз­чину, і тримаючи вертикально, від­пус­ка­ють палець, щоб роз­чи­н віль­но стікав. Ви­ду­ва­ти роз­чин не слід. Час вільного витікання наведено у таблиці.

Зливши розчин, чекають 15 с. і торкаються кінцем на­хи­ле­ної пі­петки до вну­тріш­ньої стінки посудини, в яку зливали розчин. Розроб­ле­но піпетки, в які рі­ди­ну на­би­рають і виливають, на­тис­ка­ю­чи кнопку поршня.

Таблиця 2

Час витікання рідини (за стандартом ДСТУ)

Відбір аліквоти. Різні етапи методики вимірювання уз­год­жу­ють за ве­ли­чи­ною вхідного і вихідного сигналів. На по­чат­ко­вих ета­пах методики хі­міч­ного аналізу сигнал передається ма­те­рі­аль­ним но­сі­єм – порцією речовини, чи то ана­лі­ту, чи по­в’я­за­ного з ним продук­ту. Такий сигнал підсилюють різ­но­ма­ніт­ни­ми методами концентру­ван­ня, що впливають на концентрацію, от­же, на діючу пор­цію речо­ви­ни. А якщо сигнал потрібно по­сла­би­ти? З фізики ві­до­мо, що в елек­­трич­них вимірюваннях сигнал часто послаблюють спе­ці­аль­ни­ми ­схемами з пре­ци­зій­них ре­зисто­рів (звернули увагу на так званий «по­ділювач напруги»?). У хі­міч­но­му аналізі сигнал послаблюють, по­ді­ля­ючи порцію ре­чо­ви­ни, найчастіше відбіром аліквоти. Ось його суть: порцію ре­чо­ви­ни спочатку роз­во­дять у мірній колбі, а потім пі­пет­кою від­би­ра­ють точно виміряну частину цієї порції. Якщо ре­чо­ви­ну роз­ве­ли у колбі міскістю V_к = 200,00 мл і ві­ді­бра­ли пор­цію (алі­кво­ту) піпеткою міскістю V_п = 20,00 мл, то аліквота містить (V_п / V_к) = = 0,1000 ви­хід­ної речовини. Розраховуючи ре­зуль­та­ти ана­лі­зу, не забувайте це «алі­кво­тне відношення». Радимо його об­чи­сли­ти для Вашо­го комплекту посуду і за­пи­са­ти на першій сто­рін­ці лабораторного жур­налу.

Аліквоту часто вживають, щоб з меншою трудомісткістю дослі­дити від­тво­рю­ва­ність певних етапів методики аналізу. З од­но­го роз­чи­ну у колбі можна відібрати і дослідити не одну, а де­кіль­ка (на­приклад, 2 чи 3) «паралельних алі­квот». Від­тво­рю­ва­ність вивчають ста­ти­стич­ною обробкою результатів, що від­по­ві­да­ють цим пара­лель­ним аліквотам. У де­я­ких алгоритмах ме­то­дик вказують, що за резу­льтат аналізу приймають се­ред­нє з 2 чи 3 аліквот. Проте відборові алі­кво­ти, як і будь-якому ета­по­ві ме­то­ди­ки вимірювання, властиві свої похибки. Тому, стан­дар­ти­зу­ю­чи роз­чи­ни титрантів у подальших роботах, намагаємось уник­ну­ти відбору алі­кво­ти, вживаючи «зраз­ко­ву речовину» з до­стат­ньо великою мо­ляр­ною масою. Похибки попе­ред­ніх етапів ана­лі­зу (наприклад, зважування на­важ­ки) не впливають на від­тво­рю­ва­ність аналізів аліквот, залишаючись сис­те­ма­тич­ною скла­до­вою похибки для усіх цих аліквот.

Робота з бюреткою. Бюретка – основний прилад у тит­ру­ван­ні. Чи­сту бю­рет­ку принаймні двічі опо­ліс­кують розчином тит­ран­ту, за­ли­ва­ючи його зверху. Як­що економити розчин, ре­тель­но ополі­ску­ють стінки, похитуючи лійки, і ви­ли­ва­ють пор­цію «промивного» розчину, що ще не заповнила всієї бю­рет­ки. По­тім бюретку запов­ню­ють розчином через невелику лійку. У ниж­ній частині бюретки – у скляному кінчику і під гу­мою – не повинно бути бульбашок повітря. Їх видаляють, зливаючи не­ве­ли­ку пор­цію розчину через відігнутий вго­ру нижній кінець або наповнюючи 1‑ий раз бюретку знизу – як піпетку.

Перед кожним титруванням бюретку заповнюють до верхньої поділки «0». Титрують повільно, щоб титрант пов­ні­стю стікав зі сті­нок. Під кінець тит­рант додають окремими краплями, слідкуючи за ін­ди­ка­цією. Вправ­ля­ю­чи­сь з бю­рет­кою однією рукою, дру­гою хитають колбу для тит­ру­ван­ня, перемішуючи її вміст. Закінчивши тит­ру­ван­ня, чекають щонайменше 30 с. (поки титрант пов­ні­стю не збіжить зі стінок) і реєст­рують показання.

Закінчивши роботу, бюретку не залишають з роз­чи­ном. Її ре­тель­но про­ми­ва­ють дистильованою водою, і якщо для бю­рет­ки від­ве­дено постійне робоче місце, заповнюють водою і ли­ша­ють у шта­ти­ві, накривши зверху ковпачком. В умовах прак­ти­ку­му дово­диться піс­ля роботи воду виливати і бюретку укладати в шафу, за­крив­ши від пилу кінець паперовим ковпачком.