Microsoft PowerPoint WYKŁAD1 KOS 07(2)

Uniwersytet Medyczny

im. Karola Marcinkowskiego

w Poznaniu

Katedra i Zakład Chemii

Nieorganicznej i Analitycznej

prof. AM dr hab. Jadwiga Mielcarek

Mogę zapomnieć,

o czym usłyszałem,

albo zachować w pamięci to,

co zobaczyłem.

To, co zrobiłem, mogę zrozumieć.

PODSTAWOWY SPRZĘT

I CZYNNOŚCI LABORATORYJNE

Sprzęt laboratoryjny

Sprzęt szklany i z tworzyw syntetycznych

Sprzęt metalowy

Sprzęt porcelanowy

Materiały DO PRODUKCJI Sprzętu

LABORATORYJNEGO

1. SZKŁO LABORATORYJNE (wg składu chemicznego):

a. szkło sodowo - wapniowe
b. szkło borokrzemowe

np. SIMAX, DURAN

c. szkło kwarcowe – głównie SiO

2. TWORZYWA SZTUCZNE
3. METAL
4. PORCELANA
5. GUMA i pochodne
6. CELULOZA

SPRZĘT SZKŁANY

Podstawową cechą szkła stosowanego w laboratorium

jest odporność na

wysoką temperaturę

substancje chemiczne.

Sprzęt szklany

Probówka

Kolba Erlenmayera –

stożkowa

Zlewka

Sprzęt szklany

Chłodnica

Eksykator

do przechowywania
substancji higroskopijnych

Kolby miarowe

Cylindry miarowe

Prawidłowy sposób

odczytywania poziomu

a) cieczy bezbarwnej

b) cieczy silnie zabarwionej

Pipety

są stosowane

do odmierzenia niewielkich objętości cieczy
z dużą dokładnością.

Dzielą się na:

1. klasyczne

wielomiarowe

(z podziałką na ściance)

jednomiarowe

2. automatyczne

Biurety

służą do miareczkowania

określonymi objętościami cieczy

1. Klasyczne
2. Automatyczne

Naczynko wagowe

Kolba okrągłodenna

płaskodenna

Kolba prózniowa

Rozdzielacz-ekstraktor

Krystalizator

SPRZĘT METALOWY

PALNIK

PŁYTKA CERAMICZNA

STATYWY

TRÓJNÓG

ŁAPY do mocowania

SPRZĘT PORCELANOWY

PAROWNICZKA

LEJKI

Sitowy - BUCHNERA

ŁOPATKI

TRÓKĄT

Moździerz służy do ręcznego rozdrabniania

i ucierania różnorodnych substancji

Tygiel z pokrywką

Podstawowe czynności laboratoryjne

Sposoby izolacji substancji

Sączenie (filtrowanie) –

proces służący do oddzielania

ciał stałych od cieczy, np. osadu od wody

Sposoby izolacji substancji

Sedymentacja

–

opadanie cząstek koloidalnych

lub zawiesiny pod wpływem siły ciężkości

(grawitacji). Jest to proces samoczynny.

Dekantacja

Oddzielenie ciała stałego (osadu) od cieczy
poprzez zlanie klarownej cieczy z nad osadu.
Często poprzedzona jest procesem sedymentacji.

Skuteczniejszą odmianą tego typu
procesu jest sączenie.

Destylacja

Metody rozdzielania mieszanin

•Destylacja

– wykorzystuje

się różnice temp. wrzenia

Destylacja to rozdzielanie

ciekłej mieszaniny związków
chemicznych.
Przeprowadzenie w stan pary i
ponowne skroplenie.

Stosuje się w celu

wyizolowania lub
oczyszczenia jednego lub
więcej związków składowych

• Chromatografia – różna zdolność

adsorbowania

RODZAJE WAG

W laboratoriach analitycznych stosowane

są:

•

Wagi techniczne

o nośności od 100 g

do 1000 g i dokładności od 0.01 g do 0.1 g,

•

Wagi

analityczne

o nośności

200 g i dokładności 0.0001 g

•

Wagi półmikroanalityczne

nośności 100 g i dokładności 0.00001 g

(0.01 mg)

•

Wagi mikroanalityczne

o nośności

30 g i dokładności 0.000001 g (0.001 mg)

Materia

posiada:

masę i zajmuje objętość
wszystko, czego można dotknąć
i nie można dotknąć:

np. płomień, spaliny czy gwiazdy.

Chemia zajmuje się materią i jej przemianami.

Znajomość chemii jest niezbędna,

dla zrozumienia otaczającego świata.

Prowadzenie samochodu, gotowanie obiadu,

a nawet oddychanie jest związane z chemią.

1 kandela

(1 cd)

Światłość

1 mol

(1 mol)

Liczność materii

1 Kelwin

(1 K)

Temperatura

1 amper

(1A)

Natężenie prądu

1 sekunda

(1 s)

Czas

1 kilogram

(1 kg)

Masa

1 metr

(1 m)

Długość

JEDNOSTKA
PODSTAWOWA

WIELKOŚĆ

PODSTAWOWE JEDNOSTKI UKŁADU SI

Przedrostki jednostek

-1

-2

-3

-6

-9

-12

Giga
Mega
Kilo
Decy
Centy
Mili
Mikro
Nano
Piko

K
D
C

µ
n
p

Znaczenie

Nazwa

Przedrostek

SKŁADNIK

100

składniki główne

składniki uboczne

0.1

miliślady

0.01
0.001

-3

0.0001

mikroślady

0.00001
0.000001

-6

0.0000001

nanoślady

0.00000001
0.000000001

-9

0.0000000001

pikoślady

0.00000000001
0.000000000001

-12

0.0000000000001

femtoślady

0.00000000000001
0.000000000000001

-15

0.0000000000000001

attoślady

0.00000000000000001
0.000000000000000001

-18

pojedyncze cząstki

[

ZAKRESY ZAWARTOŚCI OZNACZANYCH SKŁADNIKÓW

W nauce rozróżnia się masę i ciężar.

Masa ciała jest miarą ilości materii w niej
zawartej.
Ciężar – jest miarą doznanej przez ciało

siły ciążenia. np. astronauta ma jednakową

masę na Ziemi i na Marsie (jednakowa ilość

materii).

Różny ciężar - na Marsie mniejszy.
Można w pewnych warunkach nie posiadać

ciężaru, lecz nigdy nie można być

pozbawionym masy.

1 MOL = 6,0221·1023 „cząstek” substancji

atomów, cząsteczek, jonów,

rodników, elektronów…

Liczba Avogadro.

Ilości atomów, jonów itp. w próbce podaje się w

molach.

Stała Avogadro służy do przeliczania liczby

„cząstek” na liczbę moli (i odwrotnie).

Każda próbka zawiera 1 mol atomów

pierwiastka

12 g węgla, 32 g siarki, 201 g rtęci,

207 g ołowiu, 64 g miedzi

Każda próbka zawiera 1 mol cząsteczek
18 g wody, 46 g etanolu, 180 g glukozy,
342 g sacharozy

Reakcja z kwasami

Reakcja z zasadami

Reakcja z tlenem
(spalanie)

Działanie utleniające

Działanie redukujące

Reakcja z innymi
pierwiastkami

Rozkład na prostsze
substancje

Możliwość korozji

•

Temp. topnienia

•Temp. wrzenia
•

Ciśnienie pary

•Barwa
•

Stan skupienia

•Gęstość
•

Przewodność elektryczna

•

Rozpuszczalność

•

Adsorpcja na powierzchni

•

Twardość

WŁ. CHEMICZNE

WŁ. FIZYCZNE

Właściwości fizyczne bada się bez zmiany

tożsamości substancji

–

. wyznaczanie

t.wrzenia

lepkości….

Badanie właściwości chemicznych

wymaga zmiany tożsamości substancji –

reakcje chemiczne

...

Wł. substancji są odmienne od
substratów z których są
zbudowane

Składniki nie są połączone
wiązaniami chemicznymi,
zachowują swoje wł.

Właściwości nie zależą od wł.
składników

Właściwości zależą od
właściwości składników

Skład jest stały, niezmienne
właściwości chem. i fizyczne
(mogą być wykorzystane do
identyfikacji)

Skład jest zmienny,
zróżnicowany

Składników nie można
rozdzielić m. f., a tylko w
wyniku przemiany chemicznej

Składniki można rozdzielić
metodami fizycznymi, np..
sączenie, przesiewanie,
destylacja

Związek

Mieszanina

•

Przykładem mieszaniny jest każdy roztwór, np.

destylacja umożliwia wydzielenie składników

•

Krew jest mieszaniną krwinek czerwonych

i innych elementów morfotycznych oraz

osocza

można rozdzielić np. przez

wirowanie;

wirowanie; osocze jest wodnym roztworem
wielu składników.

• Przykładem mieszaniny jest powietrze –

inny skład wdychanego i wydychanego.

Związkiem chem. jest woda, NaCl

TYPY MIESZANIN

• HETEROGENICZNE – można

zidentyfikować składniki
(wizualnie, mikroskop) np.
minerały (granit), mleko,
mięśnie (nerwy, naczynia
krwionośne)

• Układ kilku faz.

• HOMOGENICZNE – brak

rozróżnienia składników

np. mieszanina cukru i wody
(roztwory właściwe)

Układ jednofazowy.

cd.

Trzy przykłady mieszanin homogenicznych

a) Powietrze;

b) NaCl w wodzie; c) Mosiądz

, O

, Ar

i Cl

mieszanina

w wodzie

Cu i Zn

•

występuje w przyrodzie w łatwo wykrywalnych

ilościach

•

Kilka otrzymano za pomocą reakcji jądrowych, a
ostatnich kilka pierwiastków, otrzymano w ilościach

ladowych

Powstawanie prostych zw. chem.

Znanych jest – 118 pierwiastków, ale duża
różnorodność substancji – jako skutek łączenia.

Prawo Stałości Składu

Prawo stosunków stałych

•

Każdy związek chemiczny niezależnie od jego

pochodzenia, albo metody otrzymywania ma stały

skład jakościowy i ilościowy.

•

Związek

Związek chemiczny – substancja złożona z większej
liczby pierwiastków, których atomy występują w
określonym , charakterystycznym stosunku.

Związki stanowią kombinację atomów.

Prawo Stałości Składu

Co to oznacza

Oznacza to, że różne próbki tej samej

substancji (np. woda, metan) zawierają

ładniki pierwiastkowe w jednakowych

proporcjach,

a to oznacza, że substraty również muszą

łączyć się w stałym stosunku wagowym.

Np. - wodór i tlen - występują w każdej próbce

wody w stosunku wagowym 1 : 8.

Prawo zachowania masy -

Lavoisiera

W przemianach chem. masa nie powstaje, ani nie

ulega zniszczeniu, tzn. masa substratów i
produktów jest równa (jeżeli reakcja przebiegła
do końca).

Łączna masa reagentów w reakcji chemicznej nie

ulega zmianie.

Nowsza definicja:

„

Zasada zachowania sumy masy i energii”

E = m·c

c = 3·10

cm/s

W układach zamkniętych suma masy i energii

jest wielkością stałą.

Nowsza definicja: Einstein

Masa i energia stanowią dwie formy materii.

„Zasada zachowania sumy masy i energii”

E = m·c

= const.

E – energia zawarta wewnątrz układu w różnych postaciach
m – masy skladające się na układ substancji
c = 3·10

cm/s

Prawo prostych stosunków objętościowych

Gay-Lussaca

Jeżeli substancje reagujące są w stanie

gazowym, to objętości zarówno substratów

jak i produktów, pozostają do siebie w

stosunku niewielkich liczb całkowitych.

Np. synteza amoniaku

Prawo stosunków wielokrotnych

Dalton

Jeżeli dwa pierwiastki tworzą ze sobą więcej

niż jeden związek chemiczny, to ilości jednego

z tych pierwiastków łączące się z określoną

ilością drugiego pierwiastka pozostają do

siebie w stosunku prostych liczb całkowitych

Np. Tlenki azotu, tlenki wodoru

ANALITYKA

Interdyscyplinarna

nauka

zajmująca

się

tworzeniem i praktycznym wykorzystaniem metod

pozwalających na określenie ze znaną precyzją i

dokładnością,

składu

chemicznego

układów

materialnych

Przedmiotem analityki jest:

•

opracowanie metodyki niezbędnej do uzyskania

informacji o składzie badanej próbki

•

pozyskiwanie informacji o rodzaju i ilości składników

SKŁADU

–

ustalenie składu próbki tj. jakie

substancje i w jakiej ilości występują.

PROCESU

–

określenie zmiany zawartości

poszczególnych składników próbki w czasie.

ROZMIESZCZENIA

–

określa

jakie jest

rozmieszczenie przestrzenne poszczególnych

składników próbki.

STRUKTURY

–

określa jakie jest rozmieszczenie

przestrzenne w skali atomowej

poszczególnych

składników próbki (ustalenie budowy cząsteczki,

ciała stałego, cieczy).

UZYSKIWANA INFORMACJA DOTYCZY

Analityka dostarcza informacji o składzie

ze znaną wiarygodnością

(dokładnością i precyzją)

gdzie:

estymator oznaczanej ilości składnika

(zawartość lub stężenie),

wiarygodność oznaczenia.

PRECYZJA I DOKŁADNOŚĆ

METODA

dokładna

precyzyjna

ale

mało

dokładna

mało

precyzyjna

ale

dokładna

mało

dokładna

mało

precyzyjna

METODY OKREŚLANIA ILOŚCI SKŁADNIKA

ZAWARTOŚĆ

ilość składnika wyrażona w jednostkach

masy, objętości lub w molach zawarta w próbce

masy, objętości lub w molach zawarta w próbce,

(m)

STĘŻENIE

zawartość składnika w ściśle określonej

ilości próbki

( c)

Jeżeli znana jest wielkość badanej próbki

(M)

zawartość i stężenie mogą być wzajemnie
przeliczane:

BADANY OBIEKT (?)

•

może być każdy przedmiot materialny,

•

zwykle nie jest celowe (lub niemożliwe), analizowanie

całego obiektu badanego,

•

z badanego obiektu pobiera się pewną część – tzw.

próbkę,

która musi reprezentować cechy obiektu

badanego,

•

dokładność analizy nie jest nigdy lepsza niż

dokładność pobrania próbki,

•

najwięcej błędów w procesie analitycznym

popełnianych jest w trakcie pobierania i przygotowania

próbki,

•

przygotowanie próbki do analizy obejmuje zwykle;

rozdrabnianie, rozpuszczanie, roztwarzanie, stapianie,

mineralizację, rozdzielanie, maskowanie, zatężanie, itd.

(uzyskuje się obiekt pomiaru właściwy dla wybranej

metody analitycznej)

Próbka

przeznaczona

analizy

musi

być

Próbka

przeznaczona

analizy

musi

być

reprezentatywna

dla badanego obiektu.

Właściwości badanego obiektu wpływające na

sposób pobrania i postępowania z próbką:

stan skupienia

(ciało stałe, ciecz, gaz);

skład fazowy

jednorodność

wielkość

twardość

lotność

trwałość.

PRÓBKA REPREZENTATYWNA

Informacja o składzie chemicznym

kosmetyków na rynku Unii Europejskiej

Każdy mieszkaniec UE ma prawo poznać

skład używanych przez siebie
kosmetyków – uznała Komisja
Europejska. Dotyczy kosmetyków
wyprodukowanych w UE, ale także w
krajach poza jej obszarem.

Na producentów został nałożony obowiązek

informowania, co i w jakiej ilości znajduje się
w preparatach upiększających (brak danych
na ulotkach).

Ustalono zakres informacji, które na życzenie

klienta muszą zostać udostępnione.

Dotyczą one:

•

składu jakościowego i ilościowego

•

działań ubocznych i niepożądanych

(

jest to ważne dla osób cierpiących na

alergię

)

W UE - opracowano wytyczne sposobu

określania tak zwanej nomenklatury
kosmetyków i ich składników.

Wymagania dla kosmetyków produkcji

krajowej

•

ilościowy skład chemiczny (receptura)

uwzględniający nazwy wg

INCI wszystkich składników, oraz numery barwników wg Colour Index

(nr CI)

•

kryteria fizyko-chemicznej

i mikrobiologicznej

kontroli

wyrobu,

•

specyfikacje techniczne lub inne dokumenty gwarantujące

jakość

poszczególnych surowców

•

projekt tekstu etykiety (zgodnego z art.6 Ustawy o kosmetykach)

•

oświadczenie producenta

kompozycji zapachowej

stwierdzające, że

jest ona zgodna z zaleceniami IFRA

•

wyniki badań dla gotowego wyrobu

–

na zgodność z wymaganiami kryteriów kontroli fizyko-chemicznej i

mikrobiologicznej,

–

dermatologicznych i aplikacyjnych wykonanych w wyspecjalizowanej

placówce pod kontrolą lekarza dermatologa.

Skład jakościowy i ilościowy

związków

• Naturalne produkty o ważnym

zastosowaniu np. medycznym czy
kosmetycznym występują w minimalnych
ilościach

(osłonice-leki p/nowotworowe)

Synteza

wymaga poznania składu jakościowego

i ilościowego

np. w 1928 r zsyntetyzowano wit. C

STANY SKUPIENIA MATERII

STAŁY CIEKŁY GAZOWY

STANY SKUPIENIA MATERII

Ciało stałe – sztywna forma materii,
uporządkowana struktura. Ruchliwość
atomów i cząsteczek jest znikomo mała.

Zajmują charakterystyczną, niezmienną
objętość. Krystaliczne ciała stałe posiadają
prawidłową budowę. Elementy budowy ciała
stałego (atomy, jony, cząsteczki) są
rozmieszczone wg określonego modelu (wł.
wynikają z uporządkowania).
Bardzo wolna dyfuzja-bez znaczenia.

ZMIANA STANU SKUPIENIA

STAN SKUPIENIA MATERII

Zależy od warunków zewnętrznych (temp., ciś.,
a także od sił spójności działających między
nimi. Każda substancja może występować w 3
stanach.

Zajmują charakterystyczną, niezmienną
objętość. Krystaliczne ciała stałe posiadają
prawidłową budowę. Elementy budowy ciała
stałego (atomy, jony, cząsteczki) są
rozmieszczone w g określonego modelu (wł.
wynikają z uporządkowania).
Bardzo wolna dyfuzja-bez znaczenia.

Ciecz –

forma płynna, kształt

naczynia, określona powierzchnia, są
praktycznie nieściśliwe (zmiana
ciśnienia nie powoduje większych zmian
objętości), sprężanie cieczy napotyka na
opór, (odpychania sfer elektronowych
cząsteczek)
/

próbka 10 ml cieczy – zachowanie jednakowe w zlewce i dużej butli

Ciecze cd. –

Dyfunduję powoli –

cząsteczki nie mogą poruszać się na
duże odległości ponieważ ulegają
zderzeniom (krótka średnia droga
swobodna, czyli odległość między
zderzeniami).

/np. atrament w wodzie/

Parują z otwartych pojemników – po
osiągnięciu odpowiedniej energii kinetycznej
przechodzą przez granicę faz.
W dowolnym zbiorze cząsteczek energia
kinetyczna nie jest jednakowa (wymiana na
skutek zderzeń).

Gaz – stan nieuporządkowany,

cząsteczki nie są zmuszane do
zajmowania określonego miejsca w
przestrzeni, brak kształtu, objętości,
powierzchni, duża ściśliwość,
wypełniają całą objętość naczynia.
Równomiernie wypełniają
przestrzeń, poruszają się bezładnie.

Im większa jest masa cząsteczkowa

gazu tym wolniej poruszają się jego cząsteczki.

Prędkość poruszania się zwiększa się

ze wzrostem temperatury.

Cząsteczki zderzają się wzajemnie,

a liczba zderzeń np. cząsteczek tlenu w temp. pok.

i przy ciś. 1 atm. wynosi 10

-1

Przy większych ciśnieniach liczba zderzeń w

jednostce objętości wzrasta.

ROZTWORY

znaczenie: w biologii, przemyśle, środowisku.

Płyny ustrojowe są roztworami, np. osocze

–

roztwór soli, cukru, substancji odżywczych i

odpadowych

SPOSOBY WYRAŻANIA STĘŻEŃ

Objętość w mikrolitrach
na litr próbki

ppm (obj.)

µ/l

Części na milion

(objętościowe)

Masa w miligramach na kilogram

próbki

ppm (mas.),

mg/kg

Części na milion

(masowe)

Liczba moli cząstek składnika wyra-
żona jako ułamek masy całkowitej

-------

Ułamek molowy

Objętość składnika wyrażona jako %

objętości całkowitej

% (V/V)

Procent objętościowy

Masa składnika wyrażona jako %

masy całkowitej

mol/dm

% (m/m)

Procent masowy

(wagowy)

Liczba moli w 1 litrze roztworu

mol/l, M

Molowość

Uwagi

Jednostki

Nazwa

Określają wydajność

ródeł

FIZYCZNE

instrumentalne

termopary
radiometry
luksometry

AKTYNOMERIA

⋅

∆

⋅

gdzie :

– natężenie promieniowania emitowanego przez lampę równe

liczbie absorbowanych kwantów przez sól Reineckiego

Substancje naświetlane - wydajność kwantową fotodegradacji
dla danego procentu

konwersji obliczono ze wzoru (8)

abs

⋅

∆