25.11.2011r.

Sprawozdanie

Pomiary pH produktów codziennego użytku, kataliza heterogeniczna, efekty cieplne reakcji chemicznych

Budownictwo Rok 1

Grupa 2/1

Wydział GiG

Rok akademicki 2011/2012

Wstęp teoretyczny

1. pH

pH produktu spożywczego określa kwaśność lub zasadowość danego produktu. Skala pH sięga od 0 do 14. Wartość pH niższa niż 7 jest wartością kwasową, pH = 7 oznacza wartość obojętną, zaś pH powyżej 7 charakteryzuje odczyn zasadowy lub alkaliczny. Nasze poczucie smaku pozwala rozpoznać tylko duże różnice pH w złożonych z różnych składników posiłkach.

pH= -log[H⁺]

1. Kataliza heterogeniczna

Nadtlenek wodoru

Nadtlenek wodoru jest przezroczysta, bezbarwną ,słabo kwaśną cieczą. Miesza się z wodą w każdym stosunku ,rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach organicznych.

Rozkład nadtlenku wodoru odbywa się pod wpływem następujących czynników:

• temperatura

• stężenie

• wartość pH

• niektóre zanieczyszczenia

Objawy rozkładu to wydzielanie gazu ( tlenu ) a przy nie wystarczającym odprowadzeniu ciepła – wzrost temperatury .

Katalizator- to substancja, która przyspiesza przebieg reakcji chemicznych, nie zmieniając swojego składu.

Kataliza heterogeniczna (wielofazowa)- katalizator stanowi odrębną fazę w układzie reagującym to katalizowana reakcja przebiega na granicy faz. Najczęściej katalizator jest wtedy ciałem stałym, reakcja zaś przebiega pomiędzy substancjami gazowymi. Np. katalityczne syntezy NH₃,SO₃, CH₃, OH prowadzone są przeważnie z udziałem katalizatora stałego (metalu lub tlenku metalu).

Kinetyka chemiczna- dział chemii zajmujący się szybkością reakcji chemicznej oraz badaniem mechanizmów reakcji.

1. Efekty cieplne reakcji chemicznej

Kwasy karboksylowe są związkami zawierającymi charakterystyczną grupę –COOH w cząsteczce. Ich ogólny wzór to:

Kwasy karboksylowe możemy podzielić na:

1. Kwasy alifatyczne ( nasycone, nienasycone)- ich nazwy systematyczne tworzymy przez dodanie końcówki –owy do nazwy odpowiedniego węglowodoru poprzedzonego wyrazem kwas

2. Kwasy zawierające pierścieniowe reszty węglowodorowe- ich nazwy tworzymy przez dodanie końcówki –karboksylowy do nazwy odpowiedniego węglowodoru

3. Kwasy monokarboksylowe- zawierające w cząsteczce 1 grupę karboksylową –COOH

4. Kwasy polikarboksylowe- zawierające w cząsteczce 2 lub więcej grup karboksylowych –COOH

Właściwości fizyczne

Najmniejsze kwasy karboksylowe są bezbarwnymi cieczami o ostrym zapachu, Duże (np. kwas stearynowy) są ciałami stałymi. Małe są polarne i rozpuszczalne w wodzie, duże są niepolarne i nierozpuszczalne w wodzie. Kwasy karboksylowe tworzą dimery (wiązania wodorowe). Tworzenie dimerów jest przyczyną dość wysokich temperatur wrzenia kwasów karboksylowych.

Właściwości chemiczne

Większość kwasów karboksylowych to słabe kwasy. Rozpuszczają się one w wodzie, dysocjują w niewielkim stopniu na jony:

Reagują z metalami, tlenkami metali oraz wodorotlenkami dając sole:








Kwasy ulegają z alkoholami w reakcji estryfikacji:

Nazwy systematyczne i zwyczajowe najważniejszych kwasów karboksylowych

Wzór	Nazwa zwyczajowa	Nazwa systematyczna
HCOOH	mrówkowy	metanowy
CH3COOH	octowy	etanowy
CH3CH2COOH	propionowy	propanowy
CH3CH2CH2COOH	masłowy	butanowy
C15H31COOH	palmitynowy	heksadekanowy
C17H35COOH	stearynowy	oktadekanowy
C17H33COOH	oleinowy	cis-oktadec-9-enowy
C6H5COOH	benzoesowy	benzenokarboksylowy

Kwas Octowy CH₃COOH. Bezwodny kwas octowy jest cieczą o gęstości nieco większej od wody (d = 1,049 g/cm3) i doskonale się z nią mieszającą. Temperatura wrzenia kwasu octowego wynosi 118C, a jego temperatura topnienia 16,6C. Bezwodny kwas octowy krzepnie w postaci kryształów podobnych do lodu; wskutek tego nosi on zwyczajową nazwę kwasu octowego lodowatego.

Wodorowęglan sodu – nieorganiczny związek chemiczny, wodorosól kwasu węglowego i sodu. W temperaturze pokojowej jest to biała substancja krystaliczna. Rozkłada się w temperaturze powyżej 60 °C. Rozpuszcza się w wodzie: w temp. 20 °C 9,6 g/100 cm³. Stosowany jest głównie jako jeden ze składników proszku do pieczenia i dodatek do żywności regulujący pH (symbol E 500b).

Siarczan(VI) miedzi(II), CuSO₄ (pot. siny kamień) – nieorganiczny związek chemiczny, sól kwasu siarkowego i miedzi na II stopniu utlenienia. Bezwodny siarczan miedzi jest biały. W temperaturze pokojowej jest silnie higroskopijną substancją o gęstości 3,6 g/cm³. Związek ten dobrze rozpuszcza się w wodzie, a jego roztwór ma odczyn lekko kwaśny.

Wykonywane czynności

Zadanie 1.

Pomiary pH produktów codziennego użytku.

Na początku dokonałyśmy kalibracji pehametru. Przygotowałyśmy roztwory w zlewkach i kolejno zanurzałyśmy elektrody na kilka minut w roztworach. Przed każdym zanurzeniem płukałyśmy elektrody wodą destylowaną i osuszałyśmy bibułką. Wyniki pomiarów przedstawione zostały w tabeli:

Lp	Substancja	pH zmierzone	Odczyn	Substancja odpowiedzialna za pH produktu spożywczego
1	Coca-cola	2,455	kwaśny	Regulator kwasowości E338( kwas ortofosforowy(V))
2	Mydło rozpuszczone w wodzie	10,109	zasadowy	W roztworach wodnych mydła jako sole słabych kwasów i mocnych zasad są zhydrolizowane na kwas i zasadę. O zasadowym odczynie roztworu decyduje obecność jonów wodorotlenkowych w roztworze.
3	Cytryna	2,092	kwaśny	Kwas cytrynowy (E330)
4	Ocet	2,914	kwaśny	Kwas octowy (E 260)
5	Żel do prania	8,438	zasadowy	Sole sodowe, mydło

Zadanie 2.

Kataliza heterogeniczna

Do 3 probówek wlałyśmy za pomocą pipety miarowej około 2 ml 3% wody utlenionej. Do pierwszej dodałyśmy szczyptę tlenku manganu(IV). W drugiej umieściłyśmy drucik platynowy, do trzeciej dodałyśmy 2ml amoniaku o stężeniu 2 M i wymieszałyśmy i na koniec wprowadziłyśmy drut miedziany oczyszczony papierem ściernym.

Nr probówki	Dodawane składniki	Obserwacje
1	szczypta tlenku manganu (IV)	gwałtowna reakcja, roztwór zabarwia się na ciemnoszaro, mocno buzuje-wydziela się gaz, zmiana temperatury niezauważalna bez użycia termometru
2	drucik platynowy	reakcja zachodzi, wydzielają się bąbelki, zmiana temperatury niezauważalna bez użycia termometru
3	2 ml amoniaku 2M miedziany pręcik	reakcja zachodzi pojawiają się bąbelki, zmiana koloru na błękitny, przezroczysty, zmiana temperatury niezauważalna bez użycia termometru

Reakcje:

1. 2H₂O₂ 2H₂O+O₂

2. 2H₂O₂ 2H₂O+O₂

3. 2H₂O₂ 2H₂O+O₂

Nazwa systematyczna: nadtlenek wodoru ( H₂O₂).

Wartość pH ma ma wpływ na stabilność nadtlenku wodoru . Zakres wartości pH dla dobrego przechowywania wynosi 3,5-4,5 (powyżej 5 pH rozkład szybko wzrasta).

Zadanie 3.

Efekty cieplne reakcji chemicznej.

Reakcja kwas octowy- wodorowęglan sodu

1) Do zlewki o pojemności 125 ml wlałyśmy 20 ml octu. W zlewce umieściłyśmy termometr i zanotowałyśmy temperaturę. Do zlewki wsypałyśmy łyżeczkę proszku do pieczenia.

Obserwacje:

Temperatura początkowa roztworu to 21, po wsypaniu łyżeczki proszku do pieczenia roztwór gwałtownie się pieni przez dłuższy czas. Piana wypełnia całą objętość zlewki, po czym zaczyna opadać. Spada temperatura roztworu o ok. 6 i wynosi teraz 15.

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

Zachodząca reakcja to reakcja endotermiczna. Reagenty dzielą się na substraty - kwas octowy i wodorowęglan sodu oraz produkty – octan sodu, woda oraz dwutlenek węgla ( powoduje on pienienie się roztworu).

Efekt energetyczny można przedstawić przy pomocy diagramu zależności energii układu jako funkcji postępu reakcji.

Dział chemii fizycznej omawiający relacje energetyczne w układach i procesach interesujących chemików nazywa się termodynamiką chemiczną.

Reakcja glinu z siarczanem (VI) miedzi (II)

2) Do zlewki o pojemności 125 ml wlać 20 ml 10% CuSO₄. Zmierzyć temp. Wrzucić kawałek folii aluminiowej oczyszczonej za pomocą kwasu solnego. Obserwować zmiany. Zanotować temperaturę.

Obserwacje:

Temperatura początkowa siarczanu (VI) miedzi (II) wynosi - 20. Wrzucona do roztworu folia zmienia barwę na ciemnobrązową. Rozpada się na małe kawałeczki, które następnie rozpuszczają się. Podczas reakcji temperatura rosła i osiągnęła wartość 40,5

2Al + 3CuSO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3Cu

Zachodząca reakcja to reakcja egzotermiczna.