a. co m
ar n
LABORATORIJSKE VAJE ZA KEMIJO V GIMNAZIJI
kn
jig
Nika Cebin Manica Perdan - Ocepek Marjeta Prašnikar
kemija za gimnazije DZ.indd 1
13.5.2013 10:00:06
Atomi in molekule Laboratorijske vaje za kemijo v gimnaziji Avtorice mag. Nika Cebin, Manica Perdan - Ocepek, Marjeta Prašnikar
a. co m
Recenzenta dr. Andrej Godec, dr. Ivan Leban Urednica Špela Fortuna Lektorica Zala Mikeln
Tehnične risbe Darko Simeršek
Fotografije Manica Perdan - Ocepek, Marjeta Prašnikar, Tomaž Lunder © 2008 Shutterstock Images LLC
ar n
Oprema in oblikovanje Branka Smodiš Prelom Goran Čurčič
kn
jig
Izdala in založila Modrijan založba, d. o. o. Za založbo Branimir Nešović Natisnjeno v Sloveniji Naklada 1000 izvodov Ljubljana 2013 Prva izdaja, 2. natis
© Modrijan založba, d. o. o. CIP – Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 54(075.3)(076.5) CEBIN, Nika Atomi in molekule. Laboratorijske vaje za kemijo v gimnaziji / Nika Cebin, Manica Perdan - Ocepek, Marjeta Prašnikar ; [tehnične risbe Darko Simeršek ; fotografije Manica Perdan - Ocepek, Marjeta Prašnikar, Tomaž Lunder]. – 1. izd., 2. natis – Ljubljana : Modrijan, 2013 ISBN 978-961-241-346-0 1. Perdan - Ocepek, Manica 2. Prašnikar, Marjeta 265599744
www.modrijan.si
kemija za gimnazije DZ.indd 2
13.5.2013 10:00:07
Vsebina Varno eksperimentalno delo
7 11
Ločevanje zmesi Ločevanje zmesi peska in soli Ekstrakcija olj iz semen Destilacija alkohola iz rdečega vina Ekstrakcija limonena iz lupin citrusov
Plamenske reakcije
a. co m
Spoznavanje simbolov za nevarne snovi
Zgradba ionskih kristalov in oblika molekul Sestavljanje modelov
Trdne snovi
15 19 22 26 29
31
35 38
43 46
Določitev hidratne vode v kristalohidratu
49
Kemijska reakcija
53 56 58 60 62 64 66
ar n
Fizikalne lastnosti trdnih snovi in njihova zgradba
jig
Gorenje magnezija Nastanek železovega(ii) sulfida Razpad kalijevega klorata(v) Zakon o ohranitvi mase Izkoristek kemijske reakcije Množinska razmerja
Kemijska reakcija in energija
Raztapljanje cinka v bakrovem(ii) sulfatu(vi) Reakcija barijevega hidroksida oktahidrata in amonijevega klorida
kn
Sestava raztopin in topnost snovi Raztapljanje in topnost snovi Topnost dveh snovi v dveh različnih topilih Vplivi na hitrost raztapljanja Priprava odstotne raztopine Priprava raztopine z določeno množinsko koncentracijo
kemija za gimnazije DZ.indd 3
69 73 76 79 83 84 86 88 90
13.5.2013 10:00:07
a. co m
»Najlepše, kar lahko doživimo, je skrivnostnost sveta. To je temeljno občutje in zibelka vsake umetnosti in znanosti.« Albert Einstein
UVOD
Kemija je temeljna naravoslovna in zato eksperimentalna veda. Lavoisier je v 18. stoletju tehtal snovi pred reakcijo in po njej. Izkustvo in sistematično merjenje sta osnova znanstvenega pristopa, z Lavoisierevimi besedami: »Umetnost zares koristnih poskusov je v tem, da pri njih ničesar ne opustimo in da vse opazimo.« Avtorice laboratorijskih vaj smo sledile temu vodilu, pri pisanju pa smo upoštevale nov gimnazijski učni načrt.
ar n
Laboratorijske vaje sledijo tematskim sklopom novega učnega načrta. Za vsak tematski sklop je zbranih več poskusov, ki so razvrščeni od lažjih k težjim. Katere eksperimente boste izvedli, bo presodil učitelj. Nekatere poskuse boste morda naredili pri poglabljanju znanja, kemijskem krožku ali projektnem delu.
kn
jig
Teoretičnemu uvodu sledi kratka ponovitev predznanja v obliki nalog, ki lahko služi tudi kot samostojna priprava na laboratorijsko vajo. Sledijo navodila za poskuse. Prvi poskusi znotraj posameznega tematskega sklopa z doslednimi navodili so namenjeni samostojnemu delu. Nekatere zahtevnejše poskuse pa je potrebno skrbno načrtovati, saj so problemsko zasnovani, in zahtevajo večjo samostojnost. Pri laboratorijskih vajah boste spoznavali varno in odgovorno ravnanje s snovmi ter se učili varnega ravnanja z odpadki.
kemija za gimnazije DZ.indd 4
Pri laboratorijskih vajah: • razvijamo eksperimentalne in raziskovalne spretnosti in veščine; • spoznavamo varno in odgovorno ravnanje s snovmi in se učimo varnega ravnanja z odpadki; • zapisujemo svoja opazovanja pri samostojnih in demonstracijskih poskusih; • povezujemo opazovanja s prejšnjim znanjem; • poskušamo razložiti opazovane spremembe in jih podati v kemijskem jeziku.
Manjkajoče podatke poiščemo v priročnikih, učbenikih ali na spletu. Preden se lotimo laboratorijskega dela, se na delo pripravimo in: • na osnovi opazovanj zapisujemo ugotovitve; • odgovarjamo na vprašanja; • rešimo računske naloge; • skupaj z učiteljem ugotavljamo zakonitosti.
13.5.2013 10:00:07
Želimo vam veliko uspeha.
a. co m
V novem učnem načrtu je posebna skrb namenjena usposabljanju za varno delo v laboratoriju. Priporočamo, da skupaj s starši podpišete izjavo, da ste z njim seznanjeni (str. 95). Prav tako vam želimo približati skrb za okolje in predstaviti osnove varnega odlaganja nevarnih snovi, zato priporočamo ločeno zbiranje in strokovni odvoz odpadkov. Avtorice
Za učitelje
Avtorice smo laboratorijske vaje naslonile na interna gradiva Gimnazije Ledina, Gimnazije Šentvid in Škofijske klasične gimnazije. Praktične izkušnje pri delu smo želele povezati tudi z drugimi sorodnimi priročniki. Učitelji lahko eksperimentalno delo dijakov tudi vrednotite. Predlagamo, da se glede kriterijev in opisnikov ocenjevanja oprete na izhodišča mag. Tončke Požek - Novak, ki jih je pripravila v okviru prenove gimnazijskega programa (srečanje študijske skupine 21. 1. 2009, dostopno v spletni učilnici za kemijo na strani ZRSŠ).
ar n
Dijak mora v laboratoriju nositi svojo zaščitno haljo (Zakon o varstvu pri delu, Uradni list RS, št. 47/48, 1986), druga zaščitna sredstva (očala, rokavice) dobi v šoli. Pri ocenjevanju je treba upoštevati tudi: natančnost pri izvedbi poskusa – pravilnost rezultatov, sprotno vpisovanje sprememb, kontrolo reakcijskih pogojev itd.;
•
spretnost izvajanja poskusov in organizacijo dela – dijakovo aktivnost v skupini, izvedbo v predpisanem času;
•
natančnost pri zbiranju, urejanju in analizi podatkov – pravilno izpolnjene tabele s podatki, narisani grafi itd;
• •
odgovore na dodatna vprašanja;
jig
•
kn
rešitve dodatnih računskih nalog.
kemija za gimnazije DZ.indd 5
13.5.2013 10:00:07
Pomoč pri prebiranju laboratorijskih vaj
osnovna naloga poskusa
KEMIJSKA REAKCIJA IN ENERGIJA
teoretični uvod
1. POSKUS
56
GORENJE MAGNEZIJA
Demonstracijski poskus
Opazujte poskus, opredelite reaktante in produkte ter zapišite urejeno enačbo za kemijsko reakcijo.
Snovi pri segrevanju vežejo toploto iz okolice, zato se povečuje vsebnost energije v snovi. Snov se pri tem lahko raztali, upari, sublimira – vse to so fizikalne spremembe. Dovajanje energije pa še pogosteje povzroči snovno spremembo. Steče kemijska reakcija. Dovajanje energije sproži prerazporeditev atomov, stare vezi se pretrgajo, nastajajo nove vezi in nove snovi. Pri nastajanju novih vezi se energija sprošča. Pri vseh kemijskih reakcijah prihaja do energijskih sprememb. Ko sprememba poteka, se energija prenaša iz ene snovi v drugo ali pa se energija izmenjuje z okolico.
Gorenja magnezija ne opazujte neposredno. Pri delu uporabljajte zaščitna očala.
Potrebščine in kemikalije pinceta, (špiritni) gorilnik magnezijev trak – Mg
Mg
Postopek
•
opozorila za varno delo in oznake nevarnih snovi
•
Rezultati in ugotovitve
1. Opredelite reaktanta in produkt ter izpolnite preglednico.
Ime
Entalpijo, ki jo navajamo pri tlaku 100 kPa, imenujemo standardna entalpija, Δ H °, njena enota pa je J, joule. Standardne entalpije so običajno podane s tisočkrat večjo enoto, kJ, pri temperaturi 25 °C.
Formula in agregatno stanje
O2(g)
Opis snovi
plin, brez barve, vonja in okusa
Element/spojina
Toploto, ki se pri reakciji med snovmi pri tlaku 100 kPa sprošča ali pa veže, imenujemo standardna reakcijska entalpija, Δ H °r [kJ].
CaO(s) + CO2(g)
Produkt
magnezij
spojina
Kovina/nekovina
nekovina
Standardna reakcijska entalpija za termični razpad apnenca (kalcijevega karbonata, CaCO3) je 572 kJ. Navedemo jo ob zapisu enačbe kemijske reakcije. CaCO3(s)
S škarjami odrežemo košček magnezijevega traku in ga s kovinskimi kleščami segrevamo v plamenu gorilnika, da se vname. Trak naj zgori izven plamena gorilnika. Na urno steklo damo produkt in ga pokažemo dijakom v razredu.
Reaktanta
Večina kemijskih reakcij in naravnih procesov poteka pri stalnem tlaku. Izmenjano toploto imenujemo v takem primeru entalpija. Entalpije posamezne snovi ne moremo meriti, pač pa lahko merimo spremembo entalpije: ΔH = Hprodukti – Hreaktanti
Δ H °r = + 572 kJ
7. laboratorijska vaja
a. co m
8. laboratorijska vaja
70
/
2. Zapišite urejeno kemijsko enačbo s simboli in agregatnimi stanji snovi.
V primerih, ko nastane 1 mol spojine iz elementov, govorimo o standardni tvorbeni entalpiji, Δ H °t [kJ/mol]. Standardna tvorbena entalpija za nastanek 1 mola vode je –286 kJ/mol. H2(g) + 0,5 O2(g)
Δ H °t = –286 kJ/mol
H2O(l)
3. Opredelite vrsto reakcije (razkroj, spajanje – sinteza, zamenjava – substitucija).
zanimivost
ar n
Glede na energijo, ki se pri reakciji lahko sprošča ali veže, potem ko reakcija steče, razlikujemo endotermne in eksotermne reakcije.
Ločevanje zmesi
17
1. POSKUS
48
5. laboratorijska vaja
1. Spodnji modeli prikazujejo zgradbo nekaterih preiskovanih trdnih snovi. Dopišite ustrezne formule.
Frakcionirano destilacijo uporabljamo za ločevanje zmesi več tekočin, ki se mešajo; pri tem dobimo več mešanic – frakcij z manj sestavinami in postopek lahko pri vsaki frakciji ponovimo. To je pomemben tehnološki postopek pri predelavi nafte. Lahko tekoča frakcija je kerozin – letalsko gorivo; frakcija, ki vsebuje razvejane alkane z osmimi C-atomi, so bencini.
1. Dopolnite spodnjo shemo.
jig
naloge za ponovitev predznanja služijo za pripravo na laboratorijske vaje
2. Zapišite oznake agregatnih stanj snovi: trdno plinasto
,
, tekoče
. Vodno raztopino snovi označimo z oznako
naloge za utrjevanje znanja
.
Tekoče
1
P4
A
ionski kristal
2
HCl
B
molekulski kristal
3
MgCl2
C
kovinski kristal
4
Li
5
CaCO3
6
CO2
2. Dopolnite. Neka snov ima nizko tališče in se dobro topi v vodi. Niti trdna niti v raztopini ne prevaja električ-
3. Za pojme A, B, C in Č v shemi pri nalogi 1 poiščite primere različnih snovi za vsako agregatno stanje (ime, simbolni zapis in ustrezno agregatno stanje) ter dopolnite preglednico. Trdno
1. Poiščite pare spojin, tako da povežete vrsto kristala z ustreznimi formulami snovi.
nega toka. Najverjetnejši osnovni gradniki te snovi so lahko opredelimo kot
. To snov
kristal.
Plinasto
železo
A
Fe(s)
ogljikov dioksid
B
CO2(g)
C
homogena zmes
granit
kn
Č
kemija za gimnazije DZ.indd 6
13.5.2013 10:00:07
1. POSKUS
kn
jig
ar n
a. co m
Varno eksperimentalno delo
kemija za gimnazije DZ.indd 7
13.5.2013 10:00:08
1. laboratorijska vaja
8
a. co m
VARNO EKSPERIMENTALNO DELO Kemija je eksperimentalna veda. Ker uporabljamo številne snovi, ki imajo tudi nevarne lastnosti, se moramo pri delu v laboratoriju držati nekaterih osnovnih varnostnih navodil. Med delom zavarujemo sebe, svoje sošolce in vse prisotne ter poskrbimo, da odpadnih nevarnih snovi ne spuščamo v okolje. Pri delu upoštevamo laboratorijski red in Zakon o varstvu pri delu. V laboratoriju delamo samo ob prisotnosti asistenta oz. učitelja kemije in vestno upoštevamo njuna navodila.
kn
jig
ar n
Varnost pri delu vključuje: • uporabo zaščitne halje, zaščitnih rokavic in očal • upoštevanje navodil na plakatih: »Osnovna navodila za varno delo v šolskem laboratoriju«, »Simboli in znaki za posebne nevarnosti – stavki o nevarnosti (H-stavki) in previdnostni stavki (P-stavki)« • V laboratorij vstopamo le takrat, ko nam asistent ali učitelj to dovolita. Torbo odložimo na določeno mesto, tako da sta delovni pult in prostor okrog njega prosta. • V laboratoriju ne uživamo hrane in pijače, ne žvečimo. • V laboratoriju spnemo lase. • Na delovne površine ne odlagamo obleke in delovnega gradiva. • Zelo natančno sledimo navodilom; skrbno preberemo napise na reagenčnih steklenicah, ki jih vedno, ko jih ne uporabljamo, zapremo. • Pri delu z nevarnimi tekočinami ali pri segrevanju se vedno postavimo tako, da se po potrebi lahko varno umaknemo. Epruvete pri segrevanju nikoli ne usmerimo k sebi ali proti sošolcu/-ki. • Ničesar ne pokušamo in ne vdihavamo. Če pomotoma kaj zaužijemo, nemudoma izpljunemo in usta speremo z obilo vode. • Če se opečemo ali če pride koža v stik s kakšno kemikalijo, prizadeti del takoj speremo z veliko vode in obvestimo učitelja ali asistenta.
kemija za gimnazije DZ.indd 8
Skrb za red in čistočo v laboratoriju: • po končanem delu skrbno očistimo delovne površine in operemo uporabljeno steklovino; • pospravimo kemikalije in laboratorijsko opremo; • umijemo si roke.
13.5.2013 10:00:09
Varno eksperimentalno delo
9
Označevanje kemikalij Embalaže nevarnih snovi ustrezno označimo s simboli za nevarne snovi.
Fizikalne nevarnosti Simbol
Pomen
a. co m
Pregled simbolov za nevarne snovi
eksplozivno (nestabilni eksplozivi, samoreaktivne snovi in zmesi)
vnetljivo (vnetljivi plini, tekočine, aerosoli in trdne snovi)
ar n
oksidativno (oksidativni plini, tekočine in trdne snovi)
plini pod tlakom
jig
jedko (za kovine)
Nevarnosti za zdravje Simbol
Pomen
kn
akutna strupenost
jedko (jedko za kožo, hude poškodbe oči)
akutna nevarnost (draženje kože, dihalnih poti in oči, specifična strupenost za posamezne organe) rakotvorno (kancerogeno), spreminja genetski material (mutageno), strupeno za razmnoževanje (teratogeno)
kemija za gimnazije DZ.indd 9
13.5.2013 10:00:09
1. laboratorijska vaja
10
Nevarnost za okolje Simbol
Pomen
a. co m
nevarno za vodno okolje
Varno zbiranje odpadnih kemikalij
Odpadne kemikalije shranjujemo v ustrezne posode, in sicer ločeno glede na vrsto kemikalije. V eno posodo shranjujemo kisle in alkalne raztopine, v drugo strupene anorganske snovi, v tretjo organske snovi brez halogenov in v četrto halogenirane organske snovi.
ar n
Če se v neki šoli v letu dni nabere 10 litrov organskega topila, znaša skupna količina v 400 šolah že 4000 litrov. Ker vemo, da lahko liter topila onesnaži milijon litrov pitne vode, hitro ugotovimo, da je potrebno odgovorno ravnanje s temi snovmi tudi v šolskem laboratoriju.
Pri eksperimentiranju se ne moremo izogniti tudi pridobivanju odpadnih nevarnih snovi, ki jih zaradi številnih posledic v naravi ne moremo odlagati v odtok ali v smeti. Čeprav v šoli pogosto nastanejo majhne količine odpadkov, pa je njihovo ločevanje in odstranjevanje vseeno potrebno.
kn
jig
O odlaganju posameznih odpadkov pri vaji se sproti posvetujte z asistentom oziroma učiteljem.
kemija za gimnazije DZ.indd 10
13.5.2013 10:00:10
11
Spoznavanje simbolov za nevarne snovi
a. co m
1. Zapišite pomen naslednjih znakov za nevarne snovi.
ar n
2. Vsaki simbolni oznaki poiščite ustrezen opis za nevarnost in na črto ob simbolu vpišite črko ustreznega opisa.
A Snov pri enkratnem zaužitju, vdihavanju ali ob stiku s kožo povzroča takojšnje zelo škodljive učinke ali celo smrt. B Snov lahko razjeda kožo, povzroča hude poškodbe oči ter razjeda kovine.
jig
C Snov pri enkratnem zaužitju, vdihavanju ali ob stiku s kožo povzroča okvare zdravja, npr. draženje kože oči in dihal, poškodbe posameznih organov in ima lahko narkotične učinke. Različno embalažo lahko pripravimo na pladnjih, dijake pa razdelimo v skupine. O ugotovitvah posamezne skupine lahko poročajo svojim sošolcem.
kn
3. Oglejte si embalažo različnih snovi, ki jih uporabljamo v gospodinjstvu: sanitarna čistila, varekina, sredstva za čiščenje odtokov, belilna sredstva … ali drugje v vsakdanjem življenju, npr. bolnišnično dezinfekcijsko sredstvo ipd. Nato rešite spodnje naloge. a) Katere simbole za nevarne snovi opazite na embalaži? Narišite jih in napišite njihov pomen.
b) Zapišite, katere snovi vsebujejo navedeni izdelki.
kemija za gimnazije DZ.indd 11
13.5.2013 10:00:10