Post on 31-Jan-2020
transcript
1
Química
Han elaborat els materials:
Joan Jesús Fiol Professor Titular de Química Inorgànica. Departament de Química de la UIB
Juan Frau Professor Titular de Química Física. Departament de Química de la UIB
Enrique Gómez Catedràtic de Física i Química. IES Bendinat. Calvià
Agustí Vergés Professor de Física i Química. IES “Berenguer d’Anoia”. Inca
Amb la col·laboració del Dr. Ángel García Raso, Professor Titular de Química
Orgànica del Departament de Química i Cap d’Estudis de Química i de la Dra.
Francesca Garcias, ex-Degana de la Facultat de Ciències.
Aquest informe ha estat revisat (setembre 2009) per:
Margarita Castillo Alumna col·laboradora Demolab
Marina Rodríguez Alumna col·laboradora Demolab
Francesca Molinos
Coordinadora Demolab
Angel García Raso
Cap d’Estudis de Química
2
Organització de la visita
L’activitat que presentam està dividida en dues parts:
La realització d’unes experiències de laboratori i
Una visita–itinerari a diferents instal·lacions del Departament de
Química i dels Serveis Cientificotècnics de la UIB.
Hora Activitat
9:15
L’arribada del grup d’alumnes està prevista a les 9 hores
del matí i el lloc de recepció serà el “Laboratori Jove”
de la Facultat de Ciències que es troba a la planta baixa
de l’edifici Mateu Orfila del campus
9,15 a 9,30
Es farà als alumnes una breu explicació de l’activitat i
es parlarà sobre les normes de seguretat i eliminació de
residus. El grup es dividirà en dos subgrups (A i B)
d’acord amb les instruccions del professorat.
9,30 a 11,10
El subgrup A romandrà al laboratori per a la realització
de la pràctica corresponent mentre el subgrup B
realitza la visita-itinerari.
11,10 a 11,30 Descans.
11,30 a 13,10 El subgrup B realitzarà la pràctica en el laboratori
mentre el subgrup A desenvolupa la visita-itinerari.
13,10 Els dos subgrups es tornaran a ajuntar al Laboratori
Jove per realitzar l’avaluació de l’activitat.
13,30 final de la visita.
3
NORMES DE SEGURETAT AL LABORATORI
L’estada en un laboratori comporta uns determinats riscos. Per minimitzar
aquests és importants seguir sempre unes normes bàsiques de seguretat i
les instruccions del professor o professora.
Sempre heu de tenir en compte:
No es pot fumar, beure o menjar al laboratori.
Es recomana l’ús de bates de laboratori embotonades i d’ulleres de
seguretat, especialment quan es poden produir esquitxades de
productes químics. Durant el treball al laboratori no s’han d’usar lents
de contacte.
Algunes precaucions a prendre en relació a la manipulació de productes
químics:
Abans d’usar qualsevol producte, cal llegir detingudament l’etiqueta
de l’envàs.
Els productes tòxics, inflamables i/o volàtils s’han de manipular en
campanes o vitrines amb extracció localitzada.
Es recomana l’ús de guants adequats per evitar el contacte de la pell
amb els productes químics.
Mai no s’ha de pipetejar amb la boca.
Si sobra alguna quantitat de reactiu, mai no s’ha de tornar a introduir
al recipient original d’aquesta manera s’evitarà que es contamini.
ELIMINACIÓ DE RESIDUS I DEIXALLES
A un laboratori de pràctiques s’utilitzen una gran quantitat de productes i
es realitzen diverses operacions que generen residus, en molts casos
perillosos per a la salut i el medi ambient. Per aquest motiu, s’ha de
preveure el control, el tractament i l’eliminació dels residus que generen.
L’eliminació dels residus dels productes químics emprats dependrà de la
seva possible perillositat o de si comporten algun risc. En cas de que no sigui
així, si es tracta d’un sòlid es pot tirar a la paperera. Els líquids es poden
abocar pel desaigua amb molta aigua per diluir-los. Els residus biològics es
dipositaran únicament en el recipient dedicat a aquesta finalitat.
4
Pel contrari, si es tracta de residus perillosos es recolliran en contenidors
especials per al seu posterior tractament. Els sòlids s’abocaran en el
contenidor que indiqui “sòlids perillosos”. Per als líquids o dissolucions
s’emprarà un dels quatre contenidors especials (àcids, residus inorgànics,
residus orgànics no clorats i residus orgànics clorats).
IMPORTANT: pots informar-te de les indicacions de perill (frases R) i
condicions de maneig de les substàncies (frases S) en el cartell que
trobaràs en una de les parets del laboratori.
Per exemple: R1 Explosiu en estat sec,
S7 Cal mantenir el recipient ben tancat,...
En aquest laboratori també durem a terme una separació de les deixalles
que no corresponguin a productes químics. Per aquest objectiu tenim els
contenidors adients de recollida de paper, vidre i plàstic que s’hauran
d’emprar sempre.
Aquestes normes de Seguretat i Eliminació de Residus s’han
adaptat del llibre “Normes d’actuació, seguretat i tractament
de residus en el laboratori”
Autors: Catalina Estelrich, Silvia Moreno, José M. Natta,
Miquel Palou i Agustí Vergés
Editat pel Col·legi Oficial de Químics de les Illes Balears amb
el suport de la Conselleria d’Educació i Cultura de les Illes
Balears
Àcids
Inorgànics
Orgànics no clorats
Orgànics clorats
5
PICTOGRAMES DE PERILLOSITAT DELS
PRODUCTES QUÍMICS
EXPLOSIU Substància que pot
explosionar per efecte
d’una flama, de calor o
de xocs
CORROSIU Substància que, en
contacte amb teixits
vius, els destrueix
Xn NOCIU Substància que, per
inhalació, ingestió o
contacte pot provocar
dolències importants
Xi IRRITANT Substància que, en
contacte amb la pell
o mucoses, pot pro-
vocar una inflamació
INFLAMABLE Substància que es pot
inflamar en l’aire a
temperatura ambient
COMBURENT Substància que, en
contacte amb altres
inflamables, pot pro-
duir foc
TÒXIC Substància que, per
inhalació, ingestió o
contacte pot provocar
efectes greus i, fins i
tot, la mort
PERILLÓS PER AL
MEDI AMBIENT Substància que pot
constituir un perill
per al medi ambient
6
MATERIAL DE LABORATORI
Material de vidre
Embut Embut de decantació Kitasato Erlenmeyer
Vas de precipitats Matràs fons rodó Matràs fons pla Matràs aforat
Proveta Pipeta graduada Pipeta aforada Bureta
7
MATERIAL DE LABORATORI
Material de vidre (cont)
Refrigerant Tub d’assaig Termòmetre Tub de seguretat
Tub centrífuga Dessecador Cristal·litzador Vidre de rellotge
Flascó comptagotes
8
MATERIAL DE LABORATORI
Material vari
Flascó rentador Pinça de fusta
Material de porcellana
Càpsula Gresol Morter Embut Büchner
Material de ferro
Cèrcol Nou doble Pinça Espàtula
Trespeus Gradeta Bec Bunsen Suport
Gradeta Escovilló
9
Introducció
La química és la ciència que estudia les propietats i la composició de les
substàncies així com els processos de transformació que aquestes
substàncies experimenten. Aquestes dues activitats es realitzen des de
l’aparició dels humans a la Terra, però durant el darrer segle i especialment
en els darrers 30 anys la velocitat amb què obtenim coneixements i
aplicacions d’aquestes activitats ha augmentat de forma espectacular.
La química està relacionada amb les substàncies que es troben a la
natura, com per exemple: els minerals de la terra, els gasos de l’aire, l’aigua
i les sals dels oceans, i els productes químics dels organismes vius. Està
relacionada amb transformacions i canvis naturals com ara la combustió de
la llenya, els canvis químics essencials per a la vida, i també amb noves
transformacions inventades i creades pels químics i les químiques.
La química té en comú amb altres ciències l’exploració del món natural
que ens envolta i el propòsit d’entendre’l. Però, a més a més, la química
expandeix el món creant noves substàncies i inventant noves reacciones
químiques.
Avui en dia, encara queden moltes qüestions importants per resoldre, i
molts d’objectius pràctics que permetran a la química contribuir, encara
més, al benestar de la humanitat. Els estudiants que consideren la química
com la seva carrera professional tenen la possibilitat de realitzar noves
contribucions per a la millora de la salut humana, dissenyar nous materials
amb importants aplicacions, ajudar a millorar el medi ambient, ajudar a
avançar en la revolució tecnològica dels ordinadors, contribuir a elucidar els
fonaments químics de la vida, o ajudar a entendre els fonaments de la
mateixa química. Com podeu veure, el desenvolupament de la química té un
impacte molt important en l’evolució socioeconòmica de la humanitat.
Amb aquesta activitat es pretén que els alumnes i les alumnes de
Batxillerat vegin més accessible el món de la ciència i la importància de les
seves aplicacions en la seva vida quotidiana. Les pràctiques i les visites que
s’han dissenyat tenen un fonament senzill i que està inclòs en les
programacions de les respectives etapes però que difícilment poden ser
dutes a terme en els centres de secundària pels mitjans que requereixen.
10
És aigua o una altra cosa?
Productes Pictograma Frases R Frases S
Acetat de sodi, Na(CH3COO)
Àcid acètic, CH3COOH C R 10-35 S 23-26-36/37/39-51
Àcid clorhídric, HCl C R 34-37 S 2-26
Aigua destil·lada, H2O
Amoníac, NH3 C, N R 34-50 S 26-36
Carbonat de sodi, Na2CO3
Clorur d’amoni, NH4Cl Xn R 22-36 S 22-46
Clorur de bari, BaCl2 T R 20-25 S 45
Orto-fenantrolina,
T, N R 25-50-53 S 45-60-61
Corrosiu (C) Tòxic (T) Nociu (Xn) Perillós per al
medi ambient (N)
Frases R (riscs) Frases S (consells de seguretat) R10 Inflamable S2 Allunyar dels nins R20 Nociu per inhalació S22 No en respireu la pols R22 Nociu per ingestió S23 No en respireu els vapors
R25 Tòxic per ingestió S26 En cas de contacte amb els ulls rentar
amb molta aigua i acudiu a un metge R34 Causa cremades S36 Portar roba adient R35 Provoca cremades greus S37 Usau guants adequats R36 Irrita els ulls S39 Usau protecció per als ulls
R37 Irrita el sistema respiratori S45 En cas d’accident o malestar, acudiu
immediatament a un metge
R50 Molt tòxic per als organismes
aquàtics S46 En cas d’ingestió, acudiu immediatament a
un metge
R53
Pot provocar a llarg termini
efectes negatius en el medi
aquàtic
S51 Usau-lo únicament en llocs ben ventilats
S60
Eliminau el producte i el recipient com a
residu perillós
S61 Evitau-ne l’alliberament al medi ambient
N N
11
Tractament de residus
L’orto-fenantrolina que queda com a residu s’ha de dipositar al
recipient compostos orgànics no clorats.
Els filtres amb carbonat de calci i hidròxid de ferro s’han de
dipositar al contenidor compostos inorgànics no tòxics i no reactius.
La mostra sobrant s’ha de dipositar al contenidor compostos
inorgànics no tòxics i no reactius.
Seguretat
S’han d’utilitzar ulleres de seguretat i bata de laboratori.
12
ACTIVITATS EXPERIMENTALS
1. Agafam 125 ml de líquid problema amb una proveta i ho introduim
dins un vas de precipitats.
Quan tenim un líquid incolor i inodor (propietats externes de l’aigua
pura), com podem saber si només és aigua o realment conté altres
substàncies? També sabem que l’aigua és insípida però, evidentment, no
podem tastar un líquid si abans no sabem que no és un producte perillós
per a la salut.
2. Amb una pipeta pasteur afegim unes gotes de líquid problema sobre
un vidre de rellotge o capsula de porcellana i ho escalfam
Què passaria si només es tracta d’aigua?
Observa el resultat de l’operació i treu-ne una conclusió.
Si només és aigua, ja tens identificada la substància. En cas contrari
hauràs d’esbrinar els ions que hi ha dissolts.
13
3. En funció del color obtingut esbrina de quins ions es tracta.
Anions
(amb catió sodi)
Carbonat (CO32-)
Clorur (Cl-)
Fluorur (F-)
Fosfat (PO43-)
Nitrat (NO3-)
Sulfat (SO42-)
Incolors
Cromat (CrO42-) Groc intens
Dicromat (Cr2O72-) Taronja intens
Permanganat (MnO4-) Violat intens
Cations
Alcalins i alcalinoterris,
NH4+, Al3+, Ag+, Cd2+,
Hg2+ i Pb2+
Incolors
Co2+ Rosa
Cr3+ Verd
Cu2+ Blau
Ni2+ Verd
Fe2+ Verd molt clar
Fe3+ Incolor o groc
Mn2+ Rosa dèbil
4. Apunta els ions que creus que hi pot haver en el líquid problema.
D’aquesta manera, amb el color, ja has pogut descartar alguns ions que
no podem trobar a la dissolució. Quins?
Anions Cations
14
Dels possibles ions presents, la dissolució problema conté els següents:
Cations: Ca2+ i Fe2+.
Aquests cations es troben sovint en diferents tipus d’aigües. El primer
va associat a la duresa de l’aigua i la seva concentració és més elevada en
aigües de sòls calcaris, com en el cas de l’illa de Mallorca. Per altra
banda, el ferro és un metall considerat com a paràmetre indicador de la
qualitat de les aigües de consum humà, però la seva concentració no ha
de superar el valor de 200 g/L (RD 140/2003).
Anions: sulfat (SO42-) i nitrat (NO3
-).
Aquests anions també es poden trobar a les aigües de consum. Les seves
concentracions no han de superar els 250 g/L i 50 mg/L,
respectivament.
Es troben aquests ions dins la relació d’anions i cations que has
donat com a possibles? És coherent el color de la teva dissolució
amb la presència d’aquests ions?
5. Ara procedirem a la separació dels ions presents en el líquid
problema.
a) Separació i determinació del Fe2+
Per separar el Fe+2, agafam 100 ml de la dissolució problema i afegim
unes gotes de dissolució tampó (clorur d'amoni/amoníac) i així
separam el Fe+2en forma d'hidròxid de ferro que es caracteritza pel
color verd. Per afavorir la precipitació es necessari escalfar sense
arribar a l'ebullició. Una vegada que tot estigui precipitat, ho hem de
deixar refredar.
Mentre esperam que refredi, farem la determinació quantitativa de
Fe+2. La determinació de la concentració del ferro normalment es duu
a terme a partir de la coloració que forma el Fe2+ amb una substància
orgànica anomenada orto-fenantrolina. El compost que formen és de
color taronja vermell i es pot detectar fins a concentracions molt
baixes. Aquest compost de color vermell dóna un espectre amb un
màxim d’absorció de la llum a una longitud d’ona de 510 nm.
15
Per obtenir-ne l’espectre emprarem un aparell que es diu
espectrofotòmetre. Per aconseguir-ho es preparen unes dissolucions
de Fe2+ de concentracions conegudes, i es fan reaccionar amb orto-
fenantrolina, que ens serviran per fer uns patrons de concentració
coneguda i a partir d'aquests patrons l'espectrofotòmetre és capaç
de determinar la concentració de Fe2+ a la nostra mostra.
Per determinar la concentració de ferro, agafam un matràs aforat de
100 ml i afegim:
a) 1 ml de mostra:
b) 1 ml de dissolució reguladora de pH = 4 (acètic-acetat)
c) 1 ml de dissolució de fenantrolina 0,01 M (gota a gota)
d) 1 ml de dissolució d’hidroxilamina al 5% (per aconseguir que el
Fe estigui en forma de Fe(II) (L’oxigen de l’aire fa que molt
fàcilment el Fe(II) passi a Fe(III))
A continuació enrasa la dissolució resultant fins a 100 ml
En primer lloc farem una primera aproximació a la determinació de
ferro, comparant el color del nostre matràs amb el color de les
mostres del Laboratori
Quin valor de concentració diries que té la dissolució per
comparació amb les mostres?
I en segon lloc, amb l’espectrofotòmetre mesurarem la quantitat de
ferro d'una manera més rigorosa.
Quin resultat has obtingut? [Fe] =
16
Supera aquest valor l’orientació que dóna la legislació actual per a
la qualitat d’una aigua potable?
Una vegada que hem fet la determinació quantitativa de ferro per
poder determinar el Calci és important eliminar tot el ferro en el
líquid problema. Per això agafam la mostra que hem deixat refredar i
la filtram al
buit.
b) Separació i determinació del Ca2+ Ara ja estam en condicions de determinar la concentració de calci.
Per aconseguir-ho, precipitarem aquest catió en forma de carbonat
de calci.
Addiciona gota a gota una dissolució d’aquest compost fins que
comprovis que no es forma més precipitat. Una vegada format tot el
carbonat de calci, ho filtrarem, tal com ho hem fet abans.
El filtre on ha quedat retingut el carbonat de calci sòlid s’haurà
d’eixugar dins una estufa per llevar tota l’aigua que l’acompanya. Pots
dipositar el filtre sobre un vidre de rellotge.
Important: Calcula la massa del filtre abans
d’emprar-lo en la filtració!
17
Càlculs
M1 (vidre de rellotge) = g
M2 (vidre de rellotge + filtre) = g
M3 (vidre de rellotge + filtre + carbonat
de calci eixut)
= g
Així, la massa de carbonat de calci que hem obtingut val:
M = g
Calcula ara la massa de calci que hi ha en el carbonat de calci
que has separat.*
= g
*Masses atòmiques: C=12; O=16; Ca=40
c) Identificació de l’anió sulfat En un tub d’assaig, posa 1 o 2 ml de dissolució de la mostra. Afegeix-hi
unes quantes gotes de dissolució de clorur de bari. Què succeeix?
L’anió sulfat té una reacció característica que consisteix en la formació
de BaSO4 (sòlid blanc) al addicionar catió Ba2+. Aquest precipitat és
insoluble si hi afegim dissolució d’àcid clorhídric o nítric, aspecte que
permet diferenciar el sulfat d’altres anions que formen sals insolubles
amb el Ba2+.
Si ara hi afegim unes quantes gotes d’àcid clorhídric, es dissol el
precipitat? És sulfat de bari?
Quina conclusió en pots treure?
18
És aigua o una altra cosa?
…/…
19
És aigua o una altra cosa?
…/…
.../...
Identificació de l'anió
sulfat
Es forma un
precipitat?
SÍ
NO
... afegir BaCl 2
No és SO42-
Es redissol? SÍ
NO
... afegir HCl
És SO42-
Determinació del
catió Ca2+
Es forma un
precipitat?
SÍ
NO
... afegir NH 4OH + NH4Cl
No tenim Ca2+
SÍ
NO
és verd
(FeCO3)?
eliminació del Fe(II)
present
... a la dissolució afegir Na 2CO3
Es forma un
precipitat?
És CaCO3 (precipitat blanc)
Fitrar, Eixugar i pesar
[Ca2+]
Determinació
del Ferro
20
Itinerari Químic
Com activitats complementàries a les pràctiques de química que duran a
terme els alumnes al Laboratori Jove es realitzarà un itinerari que comprèn
una visita a un grup de recerca del Departament de Química on s’explicaran
alguns dels projectes que actualment desenvolupen i les seves repercussions
socials, i una visita a un laboratori d’investigació del Departament o dels
Serveis científicotècnics (SCT).
Grups d’investigació
1) Contaminació de la Mar
2) Reactivitat Molecular i Disseny de Fàrmacs
3)) Laboratori d’Investigació en Litiasi Renal
4) Química Bioinorgànica i Bioorgànica
5) Tecnologia d’aliments
6) Reutilització d’aigües grises
7) Química i art
8) Química analítica, automatització i medi ambient
9) Química inorgànica
10) Química supramolecular
11) Síntesi i catàlisi asimètrica