Teht. 26

Työn tarkoituksena oli määrittää lantun vesipitoisuus käyttäen aseotrooppista tislausta. Kolvissa oliva orgaaninen liuotin muodostaa kuumennettaessaaseotrooppisen seoksen höyryn juureksissa olevan veden kanssa. Höyry nousee keräysmutkan haaraa pitkin palautusjäähdyttäjään ja tiivistyy, jolloin aseotrooppi hajoaa. Vesi ja liuotin putoavat alla olevaan asteikko-osaan. Käytin keräysmutka 1, koska vesi painuu raskaampana mitta-asteikon pohjalle ja ylimäärä liuotinta valuu sivuhaaraa pitkin takaisin kolviin. Aloitin työn hakemalla tarvittavat tavarat tislauslaitteistoon. Laitoin hios rasvaa liitoskohtiin ja kasasin laitteiston valmiiksi. Sitten puunitsin n.5g lanttua ja otin tarkan painon ylös: 5,0020g. Pilkoin lantun pieniksi paloiksi ja laitoin kolviin. Seuraavaksi huuhtelin punnitusalustan liuottimella, joka tässä tapauksessa oli ksyleeni, ja laitoin kolviin 1/3 ksyleeniä. Lisäsin vielä 5 keitin kiveä. Aloin lämmittämään kolvia ja pian seos alkoi tislautua. Tässä vaiheessa tunnit loppuivat ja en voinut suorittaa tislausta loppuun. Jatkoin seuraavalla kerralla tislaamista, kunnes veden määrä ei havaittavasti lissäntynyt n. 5min. Annoin seoksen jäähtyä ja katsoin vesimäärän (n.0,3ml). Vettä oli jo viimekerralla enemmän joten työ meni jostainsyystä pieleen vaikka olin tukkinut kaikki reiät lopetettuani tislauksen ensimmäisellä kerralla. Kolviin jäi siis lantunpalasia, jotka olivat melko tummia, sekä käytettyä ksyleeniä. Lisäsin kolviin vielä vedetöntä kalsiumkloridia kuivausaineeksi ja annoin kuivausaineen kuivata ksyleeniä seuraavaan päivään. Sitten rakensin tislauslaitteiston jotakuin tämmösen:


Lämpömittaria en käyttänyt mutta muuten melko samanlainen. Sitten suodatin käytetystä ksyleenistä kiintoaineet pois ja laitoin 4 keitinkiveä. Tislasin ksyleenin takaisin toiseen kolviin, josta laitoin sen käytetty ksyleeni- pulloon.

En laskenut vesipitoisuutta, koska siitä olisi tullut virheellinen, sillä vesi hävisi johonkin keskeytettyäni tislauksen ja siinä olevan tauon välillä.

Teht. 23

15.4.2015 tein parini kanssa työn, jossa piti määrittää maidon kuiva-ainepitoisuus. Aloitimme työn laittamalla vesihauteen lämpenemään +40°C, hakemalla ruokalasta maitoa säilöpulloon ja laitoimme lämpökaapin vielä lämpenemään 90°C. Sitten pistimme näytteen lämpenemään. Haimme 3kpl 5ml kertakäyttöruiskua ja 3 näytekuppia. Odotimme kunnes maito oli oikean lämpöinen ja imimme n. 3ml kuhunkin ruiskuun maitoa ja punnitsimme ne. Näyte1 painoi 6,9101g, näyte2 painoi 6,7788g ja näyte3 painoi 6,7685g. Punnitsimme myös näytekupit erikseen. Näytekuppi1 oli 1,11760g, näytekuppi2 oli 1,2103g ja näytekuppi3 oli 1,2165g. Seuraavaksi tyhjensimme näytteen ruiskusta ja punnitsimme tyhjennetyn ruiskun. Näyte 1 ruisku tyhjennettynä oli 3,7626g, näyte 2 ruisku tyhjennettynä oli 3,8059g ja näyte 3 ruisku tyhjänä oli 3,7829g. punnitsimme vielä näytteen (alustan) painoineen. Näyte 1 painoi 4,3060g, näyte 2 painoi 4,180g ja näyte 3 painoi 4,1375g. Seuraavaksi laitoimme näytteet lämpökaappiin siksiaikaa kunnes vesi oli haihtunut (n.30min). Kun vesi oli haihtunut, laitoimme lämpökaapin noin 102°C ja annoimme näytteiden olla siellä 3 tuntia. Laitoimme 3 tunnin jälkeen näytteet eksikaattoriin. Annoimme olla eksikaattorissa 30min ja punnitsimme näytteet. Näyte1 painoi 1,4628g, näyte2 painoi 1,4805g ja näyte3 painoi 1,4860g. Lämmitimme vielä uudelleen näytteitä ja punnitsimme uudestaan. Eroa painoon ei tullut joten enään piti laskea kuiva-ainepitosuus. Laskin kuiva-ainepitoisuuden seuraavalla kaavalla:

Kuivaaine% = (m2-m0) / (m1-m0) x 100%

Jossa m0= näytekupin massa (g)
         m1= näytekupin ja näytteen massa ennen kuivausta (g)
         m2= näytekupin ja näytteen massa kuivauksen jälkeen

Näyte1  (1,4628g - 1,1170g) / (4,3060g - 1170g) x 100% = n. 10,8435 %
Näyte2 (1,4805g - 1,2103g) / (4,120g - 1,2103g) x 100% = n. 9,2862 %
Näyte3 (1,4860g - 1,2165g) / (4,1375g - 1,2165g) x 100% = n. 9,2263 %

Tehtävä oli helppo, mutta pitkä kestoinen. Hyvin pystyisi tekemään tätä ja jotain toista työtä samaan aikaan ja itseasiassa kannattaakin, koska muuten voi tulla tylsää. Mekin taidettiin tehdä 2 työtä samaan aikaan (ioninvaihto + tää työ).

Yksikköprosessit, ioninvaihto

Tänään 14.4.2015 teimme parini kanssa työn, jossa piti kokeilla miten vaikuttaa sähkönjohtavuuteen ja pH:on kun bariumkloridia (BaCl2) valutetaan ioninvaihtohartsin läpi. Aloitimme työn hakemalla statiivin, muhvin, kouran, kromotografikolonnin, suppilon, 500ml dekantterilasin, laboratoriolasivillaa, pH-mittarin ja johtokyvynmittarin. Laitoimme laboratoriolasivillaa kromotografikolonnin pohjalle n. 1cm. Seuraavaksi kiinnitimme kromotografikolonnin statiiviin muhvin ja kouran avulla. Sitten huuhtelimme sekaioninvaihtohartsia ionivaihdetun veden avulla kromotografikolonnin pohjalle n. 10cm. Sitten laskimme ionivaihdettua vettä hartsin läpi, kunnes veteen ei enään tullut pölyä ioninvaihtohartsista. Sitten otimme 500ml dekantteriin 0,05molaarista bariumkloridia n.200ml ja katsoimme siitä pH:n ja sähkönjohtokyvyn. Säähkönjohtokyky oli 10,17mS ja pH oli 4,2 eli hieman hapan. Seuraavaksi laitoimme bariumkloridin valumaan ioninvaihtohartsin läpi. Kun bariumkloridi oli valunut, mittasimme sähkönjohtokyvyn ja pH:n uudelleen. Sähköjohtokyky oli 0,06mS ja pH oli 4,0. Tästä teimme johtopäätökset, että pH ei juuri muuttnut ioninvaihdossa mutta sähkönjohtavuus muuttui merkittävästi.

Kertauskysymyksiä:
1.Mitä tarkoitetaan ioninvaihtoaineilla?
  V: Ioninvaihtajat ovat aineita, jotka pystyvät vaihtamaan ioneja ympäristöstään. Anionin vaihtajat vaihtavat anioneja, eli negatiivisesti varautuneita hiukkasi ja kationin vaihtajat vaihtavat kationeja, eli positiivisesti varautuneita hiukkasia.
2.Mainitse neljä esimerkkiä ioninvaihdon käytännön sovelluksista.
  V: Suolanpoisto vedestä, ioninpoisto orgaanisista aineista ja jätevedestä, uraanin puhdistus ja harvinaisten maametallien erotus toisistaan.
3.Millä yksiköllä ilmoitetaan ioninvaihtohartsin kapasiteetti?
  V: mmol/g kuivaa hartsia tai mmol/ml kosteaa hartsia.
4.mitä tarkoitetaan a) yksialustaisella ioninvaihtokolonnilla?
                               b) kaksialustaisella ioninvaihtokolonnilla?
   V: a) Anionin ja kationin vaihtimet ovat yhdessä samassa säiliössä / kolonneissa.
   V: b) Anionin ja kationin vaihtimet ovat erillään eri säiliöissä / kolonneissa.
5.Mitä tarkoitetaan veden kovuuden poisolla?
  V: Siinä poistetaan veden kovuutta aiheuttavat ionit eli Mg2+ ja Ca2+ -ionit.
6.Miten voidaan havaita ioninvaihtimen ioninvaihtokapasiteetin loppuminen vettä puhdistettaessa?
  V: Sähkönjohtavuus mittarilla. Mitä pienempi johtavuus sitä puhtaamp neste on.

Teht. 22

Tänään 8.4 tein työn, jossa piti määrittää opettajan antamasta alkoholinäytteestä tiheys ja alkoholipitoisuus. Aloitin työn hakemalla 50cm3 pyknometrin, keittolevyn, 100ml mittapullon, lämpömittarin ja 500ml dekantterilasin. Laitoin dekantterilasiin vähän alle puolet ionivaihdettua vettä ja kiehautin sen. Seuraavaksi punnitsin pyknometrin tyhjänä korkkeineen. Paino oli 35,194g. Sitten jäähdytin kiehautetun veden vesihauteessa 20°C lämpöiseksi. Sitten täytin pyknometrin jäähdytetyllä ionivaihdetulla vedellä ja kuivasin pyknometrin ulkopuolelta huolellisesti, jonka jälkeen punnitsin sen. Paino oli 84,226g. Seuraavaksi kippasin vedet ulos pyknometristä ja lämmitin näytteen 20°C. Kuivasin pyknometrin sisältä ja laitoin näytteen sinne. Punnitsin sen ja paino oli 80,897g. Seuraavaksi laskin näytteen tiheyden seuraavalla kaavalla:
              
ρ = m1+A / m2+A x ρV             
                                               jossa
m1= pyknometrin täyttäminen 20°C:ssa näytteen massa grammoina  (80,897g - 35,194g)
m2= pyknometrin täyttäminen 20°C:ssa veden massa gammoina (84,226g - 35,194g)
A= P1 x m2 / ρV
ρV= veden tiheys 20°C:ssa = 0,9982g/cm3
 P1= 0,00121g / cm3
 ρ= näytteen tiheys

Tulokseksi sain 0,93059826g / cm3

Seuraavaksi mittasin tiheyden vielä Paar-tiheysmittarilla. Aloitin tutustumalla laitteeseen. Sen jälkeen kalibroin mittarin kiehautetulla ionivaihdetulla vedellä. Sen jälkeen mittasin näytteen tiheyden. Vastaukseksi kone antoi 0,93390g/cm3. Lopuksi vertasin tuloksia valmiiksi tehtyyn taulukkoon ja määritin näytteen alkoholipitoisuuden. Tulokseni tuli 40 - 41%. Päätin vielä laskea tarkan luvun kaavalla 

P = P0 +ρ-ρ0 / ρ1-ρ0 x (P1-P0)       jossa

P= Tutkittavan nesteen pitoisuus (X)
P0= Pitoisuus interpoloinnin alarajalla (40%)
P1= Pitoisuus Interpoloinnin ylärajalla (41%)
ρ= Tutkittavan nesteen tiheys (0,93390g/cm3)
ρ0= Tiheys interpoloinnin alarajalla (0,93314)
ρ1= Tiheys interpoloinnin ylärajalla (0,93518)

Tulokseksi sain pyöristettynä 40,3725%. Työ onnistui hyvin ja oli helppo. Veden kiehauttaminen oli työläin osa tässä työssä... :) 

Teht. 13

Tässä työssä tutkittiin kaliumnitraatin liukoisuutta veteenlämpötilan funktiona. Aloitimme hakemalla 100ml erlenmeyerin, lämpömittarin, 10ml täyspipetin ja sähkölevyn. Työssä käytettiin myös vaakaa ja jäähdytykseen lunta. Punnitsimme 20g KNO3 erlenmeyeriin. Sitten lisäsimme pipetillä ionivaihdettua vettä 20ml. Sitten sekoitimme liuosta varovasti lasisauvalla samalla sähkölevyllä lämmittäen, kunnes suola juuri ja juuri liukenee. Vesi ei saanut kiehua eikä suola saanut levitä seinämille. Nostimme astian pois levyltä ja annoimme sen jäähtyä. Samalla tarkkailimme kiteiden muodostumista ja kirjasimme lämpötilan jossa ensimmäiset kiteet muodostuivat (t1). Sitten lämmitimme erlemeyeriä uudelleen hitaasti sekoittaen, ja merkitsimme ylös lämpötilan, jossa kiteet jälleen liukenivat (t2). Erlenmeyer ei saanut olla levyllä lukeman oton aikana. Seuraavaksi lisäsimme 10ml vettä sekoittaen. Jos kiteitä olisi taas muodostunut niin olisi pitänyt lämmittää lisää. Kirjasimme jälleen ylös lämpötilan, jossa kiteitä alkoi muodostua ja lämpötilan, jossa kiteet liukenivat. Toistimme kokeen aina 10ml välein, kunnes astiassa oli 60ml vettä. Lopussa tarvitsin lunta jäähdyttääkseni liuosta niin, että kiteet muodostuivat.

Tulokset:
liuos                          t1                   t2               tkeskiarvo               KNO3 / 100ml
20 g/20ml                 51°C             58°C                     54,5°C          100g
20 g/30ml                 40°C             44°C                     42°C             66,6g
20 g/40ml                 29°C             34°C                     31,5°C          50g
20 g/50ml                 22°C             26°C                     24 °C            40g
20 g/60ml                 19°C             23°C                     21°C             33,33...

Seuraavaksi tein Exel-ohjelmalla liukoisuuskäyrän tuloksista.



 Sitten määritin piirtämäni liukoisuuskäyrän avulla KNO3-liukoisuuden veteen +20°C , +30°C ja +40°C lämpötiloissa ja etsin vastaavat kirjallisuusarvot ja vertasin tuloksia niihin.

               Lämpötila      Kirjallisuusarvo KNO3                    Omatulos KNO3 liukoi-      Kirjallisuusarvo - oma tulos

                                   liukoisuus veteen g/100ml                    suus veteen g/100ml                     g/100ml
                  +20°C                            47,44                                                40                                        7,44
                      +30°C                            64,7                                                  50                                        14,7
                  +40°C                            83,35                                                66,6                                     17,25

Lopuksi piti miettiä syitä tuloseroihin. Syitä en keksinyt miksi sain eri tulokset, sillä yritin tehdä työn mahdollisimman huolella.

Teht. 24

Tässä työssä tutkitaan pesuaineen pintajännitystä alentavaa vaikutusta. Tähän ilmiöön perustuu osaksi pesuaineiden pesuvaikutus. Työssä käytetään pintajännityksen tutkimiseen laitetta, jota kutsutaan stalagometriksi. Laitteen toiminta perustuu siihen, että pintajännityksestä riippuu myös ahtaasta putkesta hiljalleen valuvasta nesteestä syntyvien tippojen massa. Samasta putkesta irtoavien tippojen keskimääräiset massat suhtautuvat kuten asianomaisten nesteiden pintajännitykset:
Kuvassa stalagometri.
r = m1 x g / 2α1 = m2 x g / 2α1     →     α2 / α1 = m2 / m1 

  Tippojen massojen (m1,m2) suhde = pintajännityksen (α2,α1)
Vertailunesteenä käytetään puhdasta vettä, jonka pintajännitys tunnetaan (α = 0,073 N/m 20°C)
Käyttämällä vertailunesteenä ainetta, jonka pintajännitys tunnetaan (vesi), saadaan tutkittavan nesteen pintajännitys laskettua, huomioimalla tippojen lukumäärän vastaavan tippojen massoja. Tällöin pintajännityksen laskukaava muuttuu yksinkertaisesti seuraavanlaiseksi (olettaen nesteille sama tiheys)
α =n0/n x α0                                jossa  α = tutkittavan nesteen pintajännitys, N/m
                                                 α0 = vertailunesteen pintajännitys N/m 
                                                 n = tutkittavan nesteen tippojen määrä, kpl
                                                 n0 = vertailunesteen tippojen määrä, kpl

Aloitimme työn hakemalla 11kpl 100ml:an mittapulloa, finnpipetin kärkineen, pumpetin stalagometrin, statiivin, kouran ja muhvin. Seuraavaksi teimme pesuaineesta veteen liuoksia mittapulloihin seuraavilla pitosuuksilla: 0,1%, 0,25%, 0,5%, 0,75%, 1,0% 1,5%, 2%, 2,5%, 3,0%, 4,0%, 5,0%. Seuraavaksi kiinnitimme stalagometrin statiiviin ja imimme pumpetilla stalagometriin tislattua vettä. Sitten irroitimme pumpetin ja laskimme ulostulevien tippojen määrän sinä aikana, kun tutkittava liuos on valunut ensimmäisen ja toisen merkkiviivan ohi (näkyy kuvassa). Toistimme kokeen samalla liuoksella. Seuraavaksi toistimme testin jokaisella liuoksella aina kahdesti. Sen jälkeen mittasimme vielä kerran puhtaan veden tippaluvun stalagometrin puhdistettuamme huolellisesti. Merkitsimme tulokset ylös ja huuhtelimme stalagometrin kerran asetonilla ja puhalsimme sen paineilmalla kuivaksi. Lopuksi laskimme pintajännitykset Excel-ohjelman avulla edellämainitusta kaavasta.
Työ onnistui hyvin, oli helppo mutta pitkä. Välillä silmät tuli kipeäksi tippoja laskeskellessa mutta muuten ihan kiva tehtävä.

KYSYMYKSIÄ:
 1.Mikä on pesuaineliuoksen pitoisuus, jonka jälkeen pintajännitys ei ennä käytännössä laske?
V: 0,25 ja 0,5 til% kohdalla.

2. Miten huomioit tuloksesi pesuaineiden annostelussa?
V: En käytä niin paljoa saippuaa enää.

Liuoksen	Pitoisuus	Tippojen lkm		Pintajännitys, N/m		Pintajännityksen
numero	til%	koe 1	koe 2	koe 1	koe 2	keskiarvo, N/m
1	0,1	140	143	0,042236	0,038287	0,0402615
2	0,25	173	170	0,034179	0,032206	0,0331925
3	0,5	166	170	0,03562	0,032206	0,033913
4	0,75	179	170	0,033034	0,041165	0,0370995
5	1	133	133	0,044459	0,040556	0,0425075
6	1,5	128	135	0,046195	0,042442	0,0443185
7	2	122	129	0,048467	0,042442	0,0454545
8	2,5	119	126	0,049689	0,043452	0,0465705
9	3	121	125	0,048868	0,0438	0,046334
10	4	126	130	0,046929	0,042115	0,044522
11	5	137	134	0,043161	0,040858	0,0420095
vesi	0	81	75	-	-	-

	Koe1
α	α0	n	n0
0,042236	0,073	140	81
0,034179	0,073	173	81
0,03562	0,073	166	81
0,033034	0,073	179	81
0,044459	0,073	133	81
0,046195	0,073	128	81
0,048467	0,073	122	81
0,049689	0,073	119	81
0,048868	0,073	121	81
0,046929	0,073	126	81
0,043161	0,073	137	81

	koe2.
α	α0	n	n0
0,038287	0,073	143	75
0,032206	0,073	170	75
0,032206	0,073	170	75
0,032206	0,073	170	75
0,041165	0,073	133	75
0,040556	0,073	135	75
0,042442	0,073	129	75
0,043452	0,073	126	75
0,0438	0,073	125	75
0,042115	0,073	130	75
0,040858	0,073	134	75

Teht. 27

Tänään teimme työn jossa valmistimme esteriä (hajuainetta). Aloitimme hakemalla ison koeputken, koeputkitelineen, kaasupolttimen, kolmijalan, kipsiverkon, dekantterilasin, koeputkipihdit ja 5ml mittapipettejä 3kpl. Laitoimme koeputkeen 3ml etanolia ja lisäsimme putkeen vielä 3ml etikkahappoa. Sitten lisäsimme 10% rikkihappoa 1ml. Sitten lämmitimme seosta kiehuvaksi vesihauteessa samalla sekoittaen. Sen jälkeen jäähdytimme koeputken ja täytimme kylmällä vedellä. Koeputkeen muodostui karboksyylihapon ja alkoholin muodostamaa esteriä, joka nousi nestekerroksen päälle. Tuoksu esterissä oli hieman etikan ja pienesti kynsilakanpoistoaineen hajuinen.  

 Reaktioytälö:
                                             H2SO4
CH3CH2OH + CH3COOH     →      CH3COOC2H5 + H2O

Työ onnistui hyvin ja oli helppo ja nopea.