COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Transkriptio

1 COLAJUOMAN HAPPAMUUS KOHDERYHMÄ: Työ soveltuu lukion viidennelle kurssille KE5. KESTO: 90 min MOTIVAATIO: Juot paljon kolajuomia, miten ne vaikuttavat hampaisiisi? TAVOITE: Opiskelija pääsee titraamaan. Opiskelija tutkii moniarvoisen hapon titrauskäyrää ja oppii moniarvoisten happojen käyttäytymistä. Opiskelija pääsee käyttämään kemian laskutaitojaan. AVAINSANAT: Titraus Happamuus Emäs Neutralointi Titrauskäyrä Ekvivalenttipiste - Kalibrointi TAUSTA Cola-juomien voimakas happamuus johtuu pääosin niiden sisältämästä fosforihaposta. Happamuus saattaa laskea jopa ph 2:een. Happopitoisuus cola-juomasta voidaan määrittää titraamalla. Happo-emästitrauksessa happo titrataan emäksellä. Titrauksen päätepiste voidaan havaita joko indikaattorilla tai ph-mittarilla. POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ Miten happo ja emäs reagoivat toistensa kanssa? Happo ja emäs reagoivat siten, että happo luovuttaa emäkselle protonin. Mitä ph:lle tapahtuu kun happamaan liuokseen lisätään emästä ph nousee. Mikä on titrauksen päätepiste? Kun ph muuttuu huomattavasti titrausliuosta lisättäessä ja tasaantuu sen jälkeen. Fosforihapolla on näitä pisteitä kolme. Pisteitä kutsutaan ekvivalentti pisteiksi. Mihin ph-mittarin toiminta perustuu? ph-mittarin sisällä on elektrodi, joka mittaa liuoksen potentiaalia. Potentiaalimuutoksen aiheuttavat eri kokoiset ja varauksella olevat ionit.. Kun elektrodin arvo vähennetään vertailuelektrodin arvosta, saadaan potentiaaliero, joka näkyy lukemana mittari.

2 REAGENSSIT TARVIKKEET Aktiivihiili 0,01 M NaOH-liuos Puskuriliuokset: ph 4,01 ja ph 9,18 Kolvi 250 ml magneettisekoitin ja magneettisauva pystyjäähdytin ja vesiletkut sähkölevy ja öljyhaude suppilo ja poimutettu suodatinpaperi erlenmeyer 250 ml pesupullo täyspipetti 50 ml dekantterilasi 100 ml byretti ph-mittari TYÖTURVALLISUUS JA JÄTTEIDEN KÄSITTELY Suojalasit ja suojatakki! Kemian opetuksen keskus NaOH on vahva emäs, huuhtele roiskeet heti runsaalla vedellä. Tarvittaessa lääkäriin. Syntyneet jätteet voi huuhdella viemäristä runsaalla vedellä TYÖN SUORITUS NÄYTTEEN VALMISTUS Poistetaan hiilihappo juomasta: Sekoita 150 ml cola-juomaa 5 minuuttia 250 ml:n kolvissa magneettisekoittajalla. Lisää kolviin 4,0 g aktiivihiiltä. Keitä saamaasi liuosta huolellisesti palautuksella (= refluksointi) n. 15 minuuttia. Anna liuoksen jäähtyä huoneenlämpöön. Suodata liuos 250 ml:n erlenmeyeriin käyttämällä poimutettua suodatinpaperia. Kierrätä liuosta useita kertoja.

3 ph-mittarin KALIBROINTI (opettaja voi myös tehdä tämän valmiiksi) Kalibroi ph-mittari tunnetuilla puskureilla. Käytä ph 4,01 ja ph 9,18 liuoksia. TITRAUS Pipetoi 50 ml cola-juomaa 100 ml:n dekantterilasiin. Sekoita näytettä magneettisekoittajalla ja magneettisauvalla. Titraa 0,01 NaOH-liuoksella lisäämällä 1,0 ml emästä kerrallaan. Jokaisen lisäyksen jälkeen lue potentiometristä liuoksen ph ja merkitse ph-arvo taulukkoon (Liite). Kun NaOH-liuos on lisätty n.10 ml, on saavutettu fosforihapon ensimmäinen ekvivalenttipiste (ensimmäinen nopea ph:n muutos lisäyksen suhteen). Jatka titrausta kunnes olet lisännyt NaOH:ia vähintään kaksi kertaa ekvivalenttipisteen kuluttaman määrän. Mittaa vielä viileän kolajuoman ph. REAKTIOT H 3 PO 4 + OH > H 2 PO H 2 O (1. ekvivalenttipisteeseen saakka) H 2 PO OH > HPO H 2 O (2. ekvivalenttipisteeseen saakka) HPO OH > PO H 2 O (3. ekvivalenttipisteeseen saakka)

4 TEHTÄVIÄ JA POHDINTAA 1. Piirrä titrauskäyrä (ph vs. V) ja määritä ensimmäinen ekvivalenttipiste. 2. Määritä titrauskäyrältä kuumennetun cola-juoman ph ja ensimmäisen ekvivalenttipisteen ph. 3. Laske cola-juoman sisältämän fosforihapon konsentraatio. 4. Minkä vuoksi valitaan ensimmäinen ekvivalenttipiste fosforihapon pitoisuuden määritykseen? Ensimmäinen ekvivalenttipiste on stoikiometrisesti 1:1 fosforihapon ainemäärään. 5. Hammaskiille on kalsiumapatiittia Ca 5 (PO 4 ) 3 OH. Mieti kuinka se reagoi fosforihapon kanssa. Fosforihappo edistää kalsium apatiitin liukenemista reagoidessaan hydroksidi-ionin kanssa. Käytettäessä fluorattuja hammastahnoja fluori korvaa hydroksidi-ionin kalsiumapatiitissa ja lisää kiilteen kestävyyttä.

5 LIITE: HAVAINNOT V (ml) ph ph NaOH 0,01 M

6 ph:n muutos: ph = ph lisäyksen jälkeem ph ennen lisäystä Suurin ph on ekvivalenttipisteessä ( ph max ), josta nähdään V ekv = NaOH-kulutus ekvivalenttipisteeseen ja ph ekv = ph ekvivalenttipisteessä. Fosforihapon pitoisuuden laskeminen: c fosforihappo = (c NaOH * V ekv1 ) / V colanäyte c fosforihappo = fosforihapon pitoisuus c NaOH V ekv1 = NaOH-liuoksen pitoisuus = NaOH-kulutus ensimmäiseen ekvivalttipisteeseen V colanäyte = Otettu näyte cola-juomasta