לקובץ PDF לחץ כאן

Transcription

לקובץ PDF לחץ כאן
‫פעילויות‬
‫כימיות במעבדה‬
‫מאת‬
‫מוחמד חוג'יראת‬
‫ריאם אבו מוך‬
‫ד"ר לכימיה פיסיקאלית‬
‫ד"ר לננו‪-‬כימיה‬
‫אחמד בשיר‬
‫ד"ר לכימיה אורגנית‬
‫فعاليات كيميائية‬
‫في المختبر‬
‫تأليف‬
‫رئام أبو مخ‬
‫محمد حجريات‬
‫دكتوراه يف الكيمياء الفيزيائية‬
‫دكتوراه يف النانو ‪ -‬كيمياء‬
‫أحمد بشري‬
‫دكتوراه يف الكيمياء العضوية‬
Chemistry Activities
in the Laboratory
By
Muhamad Hugerat
Riam Abu Much
PhD Physical Chemistry
PhD Nano Chemistry
Ahmad Basheer
PhD Organic Chemistry
‫للتسهيل صيغ الكتاب بلغة املذكر‬
‫إال أن املقصود كال الجنسني عىل السواء‬
‫השימוש בלשון זכר הוא לנוחיות בלבד‬
‫כל השאלות והמשימות פונות אל תלמידות ותלמידים כאחד‪.‬‬
‫مراجعة لغوية‪ :‬د‪ .‬حسني حمزة‬
‫طباعة‪ :‬دار النهضة للطباعة والنرش‬
‫© جميع الحقوق محفوظة ‪2012 -‬‬
‫‪ISBN 978-965-7439-03-6‬‬
‫ال يجوز نشر أو اقتباس أي جزء من هذا الكتاب أو اختزال مادته بطريقة االسترجاع‪ ،‬أو نقله على أي وجه‪ ،‬أو‬
‫بأي طريقة سواء أكانت الكترونية‪ ،‬أم بالتصوير أم بالتسجيل أم بخالف ذلك دون الحصول على إذن المؤلفون‪.‬‬
‫הקדמה‬
‫إذا وجد‬
‫תוכן עניינים‬
‫הוראות בטיחות ‪9 ..........................................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :1‬מספר אבוגדרו ‪10 .......................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :2‬קביעת הצפיפות של מוצקים ונוזלים אורגניים ‪13 .........................‬‬
‫חלק א' ‪ -‬קביעת הצפיפות של נוזלים שונים ‪15 ............................................‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצקים ללא צורה מוגדרת ‪16 .......................‬‬
‫חלק ג' ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצק עם צורה מוגדרת ‪16 ............................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :3‬הביצה הרוקדת ‪22 .....................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :4‬הכנת תמיסות ומיהולן ‪23 ...........................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :5‬תגובת חמצון חיזור בין כסף ונחושת ‪31 ........................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :6‬טיטרציות חמצון‪-‬חיזור ויזואליות ‪34 ...........................................‬‬
‫חלק א' ‪ -‬הכנה וכיול תמיסת נתרן תיוסולפאט (‪38 ........................ )Na2S2O3‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת מי‪-‬חמצן בשיטה פרמנגנומטרית (חימצון ‪ )H2O2‬ושיטה יודומטרית‬
‫(חיזור ‪39 ............................................................................ )H2O2‬‬
‫חלק ג' ‪ -‬אנליזה יודומטרית של ויטמין ‪ C‬בטבליות ‪40 ..................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :7‬טיטרציות חמצון‪-‬חיזור (טיטור תמיסת מי‪-‬חמצן בריכוז לא ידוע ע"י‬
‫‪42 ................................................................................ KMnO4‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :8‬קביעת מנגן בפלדה בשיטת ההוספה הסטנדרטית ובשיטת גרף כיול ‪44 ..‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :9‬מנורת עלאא אלדין ‪47 ................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :10‬תגובה בין מגניזיום (‪ )Mg‬ומים קרים ‪48 .....................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :11‬תגובה בין מגניזיום (‪ )Mg‬ומים חמים ‪49....................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :12‬מהות השכבה השחורה על הנחושת ‪50 ........................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :13‬התגובה בין מגניזיום (‪ )Mg‬לבין תחמוצת הנחושת (‪52 ...........)CuO‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :14‬התגובה בין נתרן ומים בהיעדר אויר ‪53 ......................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :15‬התגובה של מגניזיום עם אדי מים ‪56 ..........................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :16‬טיטרציה של חומצה חזקה (‪ )HCl‬עם בסיס חזק (‪58 ............... )NaOH‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :17‬חומצות ובסיסים במטבח ‪61 ......................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :18‬הידרוליזת צבעים ‪68 ................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :19‬הכנה וכיול תמיסת ‪74 ................................................... NaOH‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :20‬הכנת תמיסות מימיות של הצבע מתילן בלו ומיהולן ‪81 ................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :21‬טיטרציות חומצה בסיס מימיות ‪82 ............................................‬‬
‫חלק א' ‪ -‬קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן ‪82 ....................................‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת חומצה זרחתית בקולה ‪83 ..................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :22‬אינדיקאטורים ובופרים ‪85 .......................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :23‬מלח בישול ‪90 ..........................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :24‬תגובות בין יונים בתמיסה מימית‪-‬תגובות שיקוע ‪91 .....................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :25‬טיטרציות שיקוע‪ ,‬אנליזה פוטנציומטרית של כלורידים ויודידים ‪95 .‬‬
‫חלק א' ‪ -‬טיטרציה עם ‪97 .............................................................. AgNO3‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬טיטרציה של תערובת ‪ Cl-‬ו‪ I- -‬עם פרמנגנט‪98 . ...............................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :26‬גרבימטריה‪ :‬קביעה גרבימטרית של סידן כ‪99 . .....CaC2O4 ּ H2O -‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :27‬טיטרציה קומפלקסומטרית‪ :‬קביעה של סידן עם ‪ EDTA‬בטיטרצית‬
‫התמרה ‪103 . .............................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :28‬מיצוי ‪113 . ................................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :29‬הפרדת תערובות ‪115 . ................................................................‬‬
‫חלק א' ‪ -‬הפרדה בין חומרים שונים לתערובת ‪115 . .......................................‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬הפרדה בין שתי אבקות ‪116 . ..........................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :30‬אלקטרוליזה ‪117 . .....................................................................‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :31‬הכנת תמיסה קולואידית של זהב ‪121 . .........................................‬‬
‫הוראות בטיחות‬
‫סטודנט יקר‪,‬‬
‫לפניך רשימה שמכילה הנחיות לעבודה נכונה ובטיחותית במעבדה כימית‪.‬‬
‫נא לקרוא בעיון את ההנחיות למען בטיחותך‪.‬‬
‫עבודה מהנה‪.‬‬
‫‪1 .1‬חובה להרכיב משקפי מגן בזמן שהותך במעבדה‪.‬‬
‫‪2 .2‬חובה ללבוש חלוק מעבדה מכופתר‪.‬‬
‫‪3 .3‬אכילה‪ ,‬שתייה במעבדה אסורים בהחלט‪.‬‬
‫‪4 .4‬היזהר מהרחה של חומר כימי‪.‬‬
‫‪5 .5‬אסור לשפוך מים לחומצה או לבסיס‪( .‬בהכנת תמיסות מהולות של חומצות או‬
‫בסיסים‪ ,‬הקפד תמיד למזוג את החומצה או הבסיס למים ולא להפך‪ .‬פעולה כזאת‬
‫חייבת להיעשות בתוך מנדף‪ ,‬באיטיות ותוך כדי בחישה‪ .‬התגובה בזמן הערבוב הנ"ל‬
‫היא אקסותרמית (פליטת חום) וגורמת לחמום המערכת‪ .‬במקרה של מיהול חומצה‬
‫גופרתית במים‪ ,‬עלולה התמיסה לרתוח‪( .‬במקרה של שפיכת מים לחומצה‪ ,‬נקבל התזה‬
‫של התמיסה‪ ,‬פעולה המהווה סיכון רב)‪.‬‬
‫עבודה‬
‫נעימה‬
‫‪9‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :1‬מספר אבוגדרו‬
‫מטרות הניסוי‬
‫‪1 .1‬לחשב מספר אבוגדרו על ידי שילוב של מדידות ונתונים מהספרות‪.‬‬
‫‪2 .2‬להמחיש את גודלו העצום של מספר אבוגדרו‪.‬‬
‫‪3 .3‬לחשב את הצפיפות של מוצק בעל נפח מוגדר‪.‬‬
‫מבוא‬
‫אטום הוא היחידה הבסיסית ביותר בכל יסוד כימי המכילה את תכונותיו של היסוד‪,‬‬
‫ומולקולה היא היחידה הבסיסית ביותר בתרכובת‪.‬‬
‫מאחר שבמערכת כימית קשה לשקול אטומים בודדים או מולקולות‪ ,‬נהוג להשתמש ביחידה‬
‫הקרויה מול (בלועזית פירוש המילה מול הוא‪« :‬כמות מספקת»‪.‬‬
‫‪ 1‬מול של חומר= ‪ 6.02∙1023‬אטומים או מולקולות‬
‫המספר ‪ 6.02∙1023‬קרוי מספר אבוגדרו‪ ,‬והוא מסומן באות ‪.A‬‬
‫מספר אבוגדרו חושב לראשונה ע»י ‪ Loschmidt‬בשנת ‪ .1865‬לאבוגדרו עצמו לא היה קשר‬
‫לגילוי ורק בגלל הצלחותיו המדעיות קודם לכן‪ ,‬זכה לכך שהמספר יקרא על שמו‪.‬‬
‫בניגוד לאטומים בודדים‪ ,‬מול אטומים הוא כמות הניתנת לשקילה‪ .‬משקל אטומי או משקל‬
‫מולקולרי הוא המשקל של מול אטומים או מולקולות בהתאמה‪.‬‬
‫‪Mw = m/n‬‬
‫ ‪ n‬מספר המולים‬‫ ‪ m‬המסה (גר›)‬‫ ‪ Mw‬המשקל האטומי (המולקולרי) ( גר›‪/‬מול)‬‫לדוגמא‪ :‬משקל מול אטומי מימן הוא ‪ 1.0079‬גרם ‪ (Mw(H)=1.0079 gr/mol),‬משקל מול‬
‫מולקולת מימן הוא ‪ 2.0158‬גרם ‪ (Mw(H2)=2.0158 gr/mol),‬משקל מול מולקולות חמצן‬
‫הוא ‪ 32.00‬גרם (‪.)gr/mol 32.00=)Mw(O2‬‬
‫‪10‬‬
‫צפיפות נמדדת בד»כ בגרם לסמ»ק‪ ,‬לדוגמא‪ ,‬צפיפות מים בטמפ› החדר הנה ‪.1 gr/ml‬‬
‫נפח מולרי הינו הנפח שתופס מול אטומים או מולקולות מחומר מסוים‪ ,‬ויחידותיו סמ»ק‬
‫למול‪ .‬לדוגמא‪ ,‬במים הנפח המולרי הוא ‪.18 ml/mol‬‬
‫בניסוי הנוכחי משתמשים בדף אלומיניום דק‪ .‬שוקלים את דף האלומיניום ומודדים‬
‫את מימדיו (אורך‪ ,‬רוחב‪ ,‬עובי)‪ ,‬תוך שימוש בנתון עבור הרדיוס האטומי של אלומיניום‬
‫)‪ ,(0.143 nm‬מחשבים את כמות אטומי האלומיניום שישנם בדף האלומיניום הנתון‪ ,‬ובעזרת‬
‫שיטת «הערך המשולש» מחשבים את מספר אטומי האלומיניום ב‪ 1 -‬מול אלומיניום (כלומר‬
‫ב‪ 27 -‬גרם‪.‬‬
‫שאלות הכנה‬
‫‪1 .1‬מהם החלקיקים התת אטומיים הנמצאים באטום כלשהו?‬
‫‪2 .2‬למי מהחלקיקים התת אטומיים יש (יחידת) מסה משמעותית ומסתו של מי זניחה?‬
‫‪3 .3‬באילו «אזורים» של האטום נמצאים החלקיקים התת אטומיים שרשמתם בתשובה ‪?1‬‬
‫‪4 .4‬היכן מרוכזת מסת האטום?‬
‫‪5 .5‬הגדירו‪ :‬מספר אטומי‪ ,‬מספר מסה‪.‬‬
‫‪6 .6‬מהי המסה האטומית של האלומיניום?‬
‫חומרים וציוד‬
‫יחידות‪:‬‬
‫«נייר» אלומיניום‪.‬‬
‫‪-9‬‬
‫‪-7‬‬
‫‪1 nm = 1x10 m = 1x10 cm 1‬‬
‫קליבר –מודד עובי (רצוי אלקטרוני)‬
‫‪-4‬‬
‫‪-6‬‬
‫‪µ(micron) = 1x10 m = 1x10 cm‬‬
‫סרגל‬
‫מאזניים חצי אנליטיות‬
‫מהלך הניסוי‬
‫‪1 .1‬גיזרו מנייר האלומיניום ריבוע שמידותיו כ‪ 5X5 -‬ס»מ‪.‬‬
‫‪2 .2‬מידדו בעזרת הקליבר את עובי חתיכת האלומיניום‪ .‬דייקו במדידה ככל שניתן‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫‪3 .3‬שיקלו את חתיכת האלומיניום שלכם על מאזניים מדויקות ככל שניתן‪.‬‬
‫תוצאות וחישובים ‪‬‬
‫‪o o‬רשמו את עובי חתיכת האלומיניום שבה השתמשתם ‪----------------------------------‬‬
‫‪o o‬רשמו את מסת פיסת האלומיניום ‪------------------------------------------------------‬‬
‫‪o o‬חשבו את נפח חתיכת האלומיניום ‪------------------------------------------------------‬‬
‫‪o o‬חשבו את צפיפות חתיכת האלומיניום שלכם‪.‬‬
‫‪o o‬השוו את הערך שקיבלתם עם הערך הנתון בספרות‪ .‬ממה יכול לנבוע ההבדל בין שני‬
‫הערכים?‬
‫‪-----------------------------------------------------------------------------‬‬‫בהנחה שהאטומים בנייר האלומיניום מסודרים בשכבות שבהן הם נמצאים האחד מתחת‬
‫לשני וכו‪( ,‬ראו ציור)‪ ,‬חשבו את מספר האטומים הנמצאים בחתיכת האלומיניום שלכם!‬
‫(היעזרו ברדיוס אטום האלומיניום‪ ,RAl ,‬הנתון במבוא‪.‬‬
‫חשבו את מספר אבוגדרו! מספר האטומים במסה של ‪ 1‬מול אלומיניום‪ 27-‬גרם‪.‬‬
‫‪--------------------------------------------------------------------‬‬‫‪---------------------------------------------------------------------‬‬
‫‪12‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :2‬קביעת הצפיפות של מוצקים ונוזלים אורגניים‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫‪ .‬אקביעת הצפיפות של נוזלים אורגניים‬
‫‪ .‬בקביעת הצפיפות של מוצקים בעלי צורה מוגדרת וללא צורה מוגדרת‪.‬‬
‫רקע תיאורטי‪:‬‬
‫צפיפות‪)Density( :‬‬
‫הצפיפות היא מדד לכמות החומר בנפח מסוים‪ .‬כמות החומר נמדדת בעזרת המסה ולכן‪,‬‬
‫צפיפות החומר מבוטאת כמסתו ליחידת נפח‪ .‬היחידות של הצפיפות הן לרוב ‪ g/mL‬או‬
‫‪ Kg/L‬הצפיפות היא תכונה פיזיקלית אינטנסיבית של החומר הטהור שיכולה לשמש לזיהויו‬
‫ואפיונו‪ .‬תכונה אינטנסיבית היא תכונה שאינה תלויה בכמות החומר‪ .‬לדוגמא לגוש מתכת‬
‫מסוים מסה ‪ a‬ונפח ‪ ,b‬צפיפותו תהיה ‪ :d = a/b.‬גם אם נחתוך את המתכת לשניים הצפיפות‬
‫תשאר‪:‬‬
‫‪.d = (a/2)/(b/2) = a/b‬‬
‫מוצקים‪)Solids( :‬‬
‫לחומר מוצק יש צורה קבועה ונפח קבוע שאינם תלויים בגודל וצורת הכלי שמכיל אותו‪.‬‬
‫הצפיפות של מים מוצקים (קרח) שווה ל ‪ 0.917g/mL‬ב‪ - 0°C -‬הערכים של הצפיפות של‬
‫מוצקים טהורים נעים בין ‪ 0.5g/mL‬ל ‪ - 20g/mL.‬חלקיקי החומר במוצק קרובים מאוד‬
‫אחד לשני‪ ,‬מסודרים בדרגת סדר גבוהה ובמבנה המכיל יחידות שחוזרות על עצמן‪.‬‬
‫נוזלים‪)Liquids( :‬‬
‫לנוזל יש נפח סופי אך הוא מקבל את צורת הכלי שמכיל אותו‪ .‬הצפיפות של חומר טהור‬
‫במצב צבירה נוזלי קרובה מאוד לצפיפותו במצב צבירה מוצק‪ .‬לדוגמא‪ ,‬הצפיפות של מים‬
‫טהורים בטמפרטורת החדר שווה ל ‪ - 1.000g/mL.‬המרחק בין חלקיקי החומר בנוזל גם הוא‬
‫‪13‬‬
‫קטן‪ .‬דרגת הסדר בנוזל היא הרבה יותר נמוכה מאשר במוצק‪ .‬חלקיקי החומר בנוזל נמצאים‬
‫כל הזמן בתנועה‪ ,‬ו»מחליקים» אחד על גבי השני ונותנים לנוזל את תכונת הזרימה‪.‬‬
‫חשוב לשים לב לעובדה שהצפיפות של המים במוצק היא יותר נמוכה מהצפיפות שלהם‬
‫בנוזל‪ .‬תופעה זו נקראת האנומליה של המים וזו תופעה יוצאת דופן‪ .‬לרוב הצפיפות במוצק‬
‫גדולה מזו שבנוזל‪ .‬לדוגמא‪ ,‬קוביה של קרח צפה במים נוזליים אך קוביה של כהל מוצק‬
‫שוקעת בכהל נוזלי‪.‬‬
‫גזים‪)Gases( :‬‬
‫הגז מקבל את נפח וצורת הכלי שמכיל אותו‪ .‬הצפיפות של דוגמת גז משתנה כפונקציה של‬
‫הלחץ והטמפרטורה מכיוון שנפחו תלוי במשתנים הללו‪ .‬כדי להשוות בין הצפיפויות של גזים‬
‫שונים‪ ,‬אנו בוחרים בסט סטנדרטי של תנאים ומודדים או מחשבים את הצפיפות של כל הגזים‬
‫בתנאים אלו‪ .‬אחד הסטים יכול להיות כזה שבו הלחץ שווה לאטמוספרה אחת והטמפרטורה‬
‫שווה ל ‪ -0°C‬הסט הזה של התנאים מוגדר כסט סטנדרטי של לחץ וטמפרטורה מה שידוע כ‬
‫‪ .)Standard Temperature Pressure) STP‬הצפיפות של מים גזיים בתנאי ‪ STP‬שווה‬
‫ל ‪ .-8.03×10-4 g/mL‬בגז‪ ,‬חלקיקי החומר רחוקים אחד מן השני ונעים בצורה כמעט בלתי‬
‫תלויה אחד בשני‪ .‬ולכן באותה יחידת נפח ניתן למצוא בגז הרבה פחות חלקיקים מאשר‬
‫בנוזל‪ .‬ולכן‪ ,‬הצפיפות של הגז היא הרבה יותר נמוכה מזאת של הנוזל והמוצק‪ .‬התנועתיות‬
‫הבלתי תלויה של חלקיקי החומר בגז היא האחראית על זה שהגז מקבל תמיד את צורת‬
‫הכלי שמכיל אותו‪.‬‬
‫שלושת מצבי הצבירה הנ»ל גז‪ ,‬מוצק ונוזל מוגדרים כפאזות שונות של החומר‪ ,‬המעבר בין‬
‫מצב צבירה אחד לשני מוגדר כשינוי פאזה‪ .‬השינוי ממוצק לנוזל או מנוזל לגז דורש השקעה של‬
‫אנרגיה‪ .‬לשבירת כוחות המשיכה שמחזיקים את חלקיקי הנוזל והמוצק‪ .‬הטמפרטורה שבה‬
‫החומר עובר ממוצק לנוזל ידועה כנקודת התכה) נ‪.‬ה‪ ,melting point (m.p.) .‬והטמפרטורה‬
‫שבה החומר עובר מנוזל לגז ידועה כנקודת רתיחה) נ‪.‬ר‪ .boiling point (b.p.) .‬נקודות‬
‫ההתכה והרתיחה מאפיינות את החומרים השונים‪ .‬לדוגמא‪ ,‬נקודת ההתכה של מים שווה ל‬
‫‪ - 0°C‬והרתיחה שווה ל ‪ - 100°C‬בלחץ של אטמוספרה אחת‪.‬‬
‫בניסוי זה נקבע את הצפיפות של שני נוזלים אורגניים ידועים ושל נוזל שלישי נעלם‪ .‬הצפיפויות‬
‫של שני הנוזלים הידועים יושוו לערכים הספרותיים בטבלה ‪ .1.1‬את החומר השלישי תזהה‬
‫‪14‬‬
‫על פי הטבלה גם כן‪.‬‬
‫‪Pentane, C5H10‬‬
‫‪0.626‬‬
‫‪Hexane, C6H14‬‬
‫‪0.659‬‬
‫‪t-Butylmethyl ether, CH3OC(CH3(3‬‬
‫‪0.741‬‬
‫‪Toluene, C6H5CH3‬‬
‫‪0.867‬‬
‫‪Ethyl alcohol, CH3CH2OH‬‬
‫‪0.785‬‬
‫‪t-Butylalcohol, (CH3(3COH‬‬
‫‪0.786‬‬
‫‪Ethyl acetate, CH3COOCH2CH3‬‬
‫‪0.902‬‬
‫‪Acetone, CH3COCH3‬‬
‫‪0.791‬‬
‫‪Diiodomethane, CH2I2‬‬
‫‪3.325‬‬
‫טבלה ‪ – 1.1‬הצפיפויות של נוזלים אורגניים שונים (‪)g/mL‬‬
‫חלק א' – קביעת הצפיפות של נוזלים שונים‪:‬‬
‫הכלים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫מאזניים אנליטיים‬
‫מזרקים בנפחים שונים‬
‫כלי זכוכית עם תחתית שטוחה ופקק (וייל)‬
‫משורה בנפח ‪ 50‬מ»ל או ‪ 100‬מ»ל‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫‪Ethanol‬‬
‫חתיכת מתכת‬
‫‪Hexane‬‬
‫מלח בישול‬
‫נעלם‬
‫‬
‫קוביית עץ‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫מדוד בעזרת המאזניים האנליטיות בדויק של עד ‪ 1‬מ»ג את המסה של כל אחד משלושת‬
‫הויילים (כולל הפקק) הסגורים ומסומנים מראש שברשותך‪ .‬רשום את מסת הכלים בדפים‬
‫‪15‬‬
‫הנלווים‪.‬‬
‫‪ .2‬במזרק שאב נוזל בנפח של ‪ 3‬מ»ל‪.‬‬
‫‪ .3‬העבר את הנפח הנ»ל לוייל וסגור אותו בחזרה‪ .‬זכור‪ ,‬לא לגעת בכלי בידיים מכיוון שטביעות‬
‫האצבע והזיעה מוסיפות למסה‪ .‬חזור על הפעולה עבור כל אחד משלושת הנוזלים האחרים‪.‬‬
‫‪ .4‬מדוד את המסה המדויקת של כל אחד מהויילים שמכילים את הנוזלים השונים‪ .‬ורשום‬
‫את המסה במקום המיועד לכך בדפים הנלווים‪.‬‬
‫‪ .5‬הוסף לתוך מבחנה המכילה כ‪ 10-‬טיפות מים טיפה אחת או שתיים מכל אחד משלושת‬
‫הנוזלים ורשום את תצפיתך‪ .‬האם הטיפה צפה או שוקעת‪ ,‬מתמוססת או נפרדת מהמים‪.‬‬
‫‪ .6‬לאחר הסיום‪ ,‬זרוק את הנוזלים השונים למיכל הפסולת שבמנדף‪.‬‬
‫‪ .7‬חשב את הצפיפות של כל נוזל וזהה את הנעלם‪.‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצקים ללא צורה מוגדרת‪:‬‬
‫לפניך שני מוצקים‪ ,‬מלח בישול וחתיכת מתכת‪ .‬לקביעת הצפיפות של כל אחד מהם נמדוד‬
‫את מסתם ואת נפחם‪ .‬מדידת המסה היא פשוטה וכל מה שעלינו לעשות הוא להשתמש‬
‫במאזניים האנליטיות‪ .‬מדידת הנפח אומנם היא קצת יותר קשה מכיוון שלמוצקים הנ»ל‬
‫אין צורה מוגדרת‪ .‬ולכן נשתמש בשיטה של ארכימדס‪ .‬נטבול את המוצק בנפח מדוד מראש‬
‫של מים ונצפה בעליית פני המים במשורה‪ .‬ההפרש בין נפח המים לפני ואחרי טבילת המוצק‬
‫תתן לנו את נפח המוצק‪.‬‬
‫‪ .1‬מדוד במדויק מסה של ‪ 1‬גרם של מלח בישול‪ .‬רשום את המסה בדפים הנלווים‪.‬‬
‫‪ .2‬הכנס את מלח הבישול למשורה שמכילה נפח מוגדר של מים‪ .‬רשום את הנפח הסופי של‬
‫המים לאחר הוספת המלח‪.‬‬
‫‪ .3‬חזור על הפעולה עבור חתיכת המתכת‪.‬‬
‫חלק ג' ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצק עם צורה מוגדרת‪:‬‬
‫‪ .1‬מדוד במדויק את מסת המוצק שקיבלת‪ .‬רשום את המסה בדפים הנלווים‪.‬‬
‫‪ .2‬מדוד את מימדי המוצק וחשב את נפחו תוך שימוש בנוסחא הגיאומטרית המתאימה‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫דפים נלווים ‪ -‬תצפיות ונתוני תוצאות‪:‬‬
‫חלק א' ‪ -‬קביעת הצפיפות של נוזלים שונים‪:‬‬
‫‪Hexane1 .1‬‬
‫________________‬
‫המסה של כלי הזכוכית הרק עם הפקק‬
‫המסה של כלי הזכוכית הסגור עם הנוזל‬
‫________________‬
‫המסה של הנוזל‬
‫________________‬
‫נפח הנוזל‬
‫________________‬
‫האם הוא נפרד או מתמוסס במים‬
‫________________‬
‫אם הוא לא מתמוסס‪ ,‬האם הוא צף או שוקע‬
‫________________‬
‫‪Ethanol2 .2‬‬
‫המסה של כלי הזכוכית הריק עם הפקק‬
‫________________‬
‫המסה של כלי הזכוכית הסגור עם הנוזל‬
‫________________‬
‫המסה של הנוזל‬
‫________________‬
‫נפח הנוזל‬
‫________________‬
‫האם הוא נפרד או מתמוסס במים‬
‫________________‬
‫אם הוא לא מתמוסס‪ ,‬האם הוא צף או שוקע‬
‫________________‪.‬‬
‫‪3 .3‬נעלם‬
‫המסה של כלי הזכוכית הרק עם הפקק‬
‫________________‬
‫המסה של כלי הזכוכית הסגור עם הנוזל‬
‫________________‬
‫המסה של הנוזל‬
‫________________‬
‫נפח הנוזל‬
‫________________‬
‫‪17‬‬
‫האם הוא נפרד או מתמוסס במים‬
‫________________‬
‫אם הוא לא מתמוסס‪ ,‬האם הוא צף או שוקע‬
‫________________‬
‫חלק ב ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצקים ללא צורה מוגדרת‪:‬‬
‫‪1 .1‬מלח בישול‬
‫המסה המדויקת של המוצק‬
‫________________‬
‫נפח הנוזל במשורה לפני הוספת המוצק‬
‫________________‬
‫נפח הנוזל במשורה לאחר הוספת המוצק‬
‫________________‬
‫נפח המוצק‬
‫________________‬
‫‪2 .2‬חתיכת מתכת‬
‫המסה המדויקת של המוצק‬
‫________________‬
‫נפח המים במשורה לפני הוספת המוצק‬
‫________________‬
‫נפח המים במשורה לאחר הוספת המוצק‬
‫________________‬
‫נפח המוצק‬
‫________________‬
‫חלק ג ‪ -‬קביעת הצפיפויות של מוצק עם צורה מוגדרת‪:‬‬
‫קוביית עץ‬
‫המסה המדויקת של המוצק‬
‫________________‬
‫מימדי המוצק‬
‫________________‬
‫נפח המוצק‬
‫________________‬
‫‪18‬‬
‫ניתוחים ותוצאות‪:‬‬
‫חשב את הצפיפות של כל אחד משלושת הנוזלים בעזרת הנוסחא הבאה‪:‬‬
‫)‪mass (g‬‬
‫= )‪Density (g/mL‬‬
‫)‪volume (mL‬‬
‫תוצאות החישוב של כל אחת מן הצפיפויות‪:‬‬
‫‪Hexane‬‬
‫______________‬
‫‪Ethanol‬‬
‫______________‬
‫נעלם‬
‫______________‬
‫מלח בישול‬
‫______________‬
‫עץ‬
‫______________‬
‫חתיכת מתכת‬
‫______________‬
‫שאלות לדוח מסכם‪:‬‬
‫‪1 .1‬העזר עם שאר הקבוצות במעבדה ורשום את הערכים המחושבים של הצפיפות של‬
‫אתנול של כל אחד מהם בטבלה למטה‪ .‬חשב את הערך הממוצע של הצפיפות של אתנול‪.‬‬
‫השווה בין הצפיפות האמיתית של אתנול המופיעה בטבלה ‪ 1.1‬לבין הערך הממוצע של‬
‫הצפיפות שלך והסבר מדוע קיים שוני בין שני הערכים הנ"ל‪.‬‬
‫מספר קבוצה‬
‫____________‬
‫‪1‬‬
‫____________‬
‫‪2‬‬
‫____________‬
‫‪3‬‬
‫____________‬
‫‪4‬‬
‫____________‬
‫‪5‬‬
‫____________‬
‫סכום הצפיפויות‬
‫____________‬
‫‪19‬‬
‫____________‬
‫ממוצע הצפיפות‬
‫‪2 .2‬למתכת מסוימת צורת חרוט שגובהו ‪ 3.5cm‬וקוטר בסיסו ‪ .2.5cm‬מסת החרוט ‪.41.82g‬‬
‫מאיזה מתכת מהמתכות הבאות הוא עשוי?‬
‫נתון‪ :‬נפח חורט מחשבים בעזרת ‪. V = πr2h/3‬‬
‫צפיפות (‪)g/mL‬‬
‫מתכת‬
‫בדיל‬
‫‪7.3‬‬
‫פלדה‬
‫‪7.8‬‬
‫אבץ‬
‫‪7.1‬‬
‫‪20‬‬
‫סטודנט יקר‪ ....‬אחרי "המסע" הארוך הזה להבנת מושג הצפיפות ודרכי המדידה‬
‫שלו‪ ,‬אנו נרצה קצת לחפש "טביעות אצבע" של מושג זה בחיינו‪!..........‬‬
‫‪ -‬לפניך שתי תמונות‪ ,‬הסבר את הקישור בין מושג הצפיפות לשתי התמונות האלו ?‬
‫‪ -‬לפניך המרכיבים השונים של שני בקבוקים של דיאט קולה וקולה רגיל‪:‬‬
‫‪Comparison of:‬‬
‫‪Diet Coke‬‬
‫‪Classic Coke‬‬
‫‪355 mL‬‬
‫‪355 mL‬‬
‫‪Water = 355 g‬‬
‫‪Water = 355 g‬‬
‫‪Sugar = 0 g‬‬
‫‪Sugar = 39 g‬‬
‫‪Nutra Sweet = 0 g Nutra Sweet = 0.1g‬‬
‫מה יקרה לדעתך לשני הבקבוקים כאשר שמים אותם בתוך כלי מלא מים? חשב את הצפיפות‬
‫של כל בקבוק? מהי הצפיפות של מים?‬
‫‪21‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :3‬הביצה הרוקדת‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫לתוך כוס כימית של ‪ 1000‬מ"ל הוסף תמיסה מימית של ‪ .0.2-0.3M HCl‬בעדינות טבול ביצה‬
‫טרייה בתוך החומצה‪.‬‬
‫בהתחלה הביצה שוקעת ולאחר כמה שניות היא מתחילה לעלות לגובה מסוים ושוב לרדת‬
‫לתחתית המשורה‪ .‬התהליך חוזר על עצמו מספר פעמים‪ :‬כל פעם הביצה עולה יותר מקודם‬
‫עד אשר היא מגיעה לפני המים ושם תהיה תחנתה הסופית‪.‬‬
‫התגובה שמתרחשת בתוך הכוס היא כדלקמן‪:‬‬
‫)‪CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CO2(g) + H2O(l) + CaCl2(aq‬‬
‫הערות חשובות למהלך הניסוי‪:‬‬
‫ניתן לערוך את הניסוי בבקבוק שתייה קלה (ליטר וחצי) לאחר שחתכנו את אזור הפיה‬
‫וכיילנו אותו‪.‬‬
‫‪ ‬הכנת תמיסת המימן כלורי‪ :‬מוהלים ‪ 25‬מ"ל תמיסת ‪ HCl‬מרוכזת (‪ )12M‬ל‪ 1000 -‬מ"ל‪.‬‬
‫‪ ‬רצוי להשתמש בביצה קטנה וטרייה‪ ,‬אזי צפיפות הביצה גדולה במקצת מצפיפות‬
‫המים (‪1.02‬בערך)‪ .‬אם הצפיפות היתה גבוהה בהרבה הביצה היתה שוקעת ונפח הגז‬
‫המצטבר על גביה לא היה מספיק כדי להעלותה‪.‬‬
‫הסבירו במדויק השלבים השונים בניסוי‪....‬‬
‫מה הקשר בין תופעה זו לכלל ארכמידס?‬
‫‪22‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :4‬הכנת תמיסות ומיהולן‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫א‪ .‬הכרת כלי המעבדה וטכניקות העבודה‬
‫ב‪ .‬הכנת תמיסה בריכוז מדויק ותמיסה בריכוז מקורב‬
‫ג‪ .‬מיהול תמיסה בריכוז מדויק ותמיסה בריכוז מקורב‬
‫רקע תיאורטי‪:‬‬
‫תמיסה היא תערובת הומוגנית של שני חומרים‪ .‬בהמסת חומר מוצק במים לא מדובר בפיזור‬
‫חלקיקים קטנים של המוצק במים אלא בפיזור אקראי של מולקולות המוצק במים‪ .‬המוצק‬
‫במקרה זה הוא המומס והמים הם הממס‪.‬‬
‫המומס (‪ )solute‬הוא החומר שמומס בנוזל מסוים או זה שנמצא בכמות קטנה‪ .‬הממס‬
‫(‪ )solvent‬הוא הנוזל שממיס את החומר או זה שנמצא בכמות גדולה‪ .‬הממס והמומס ביחד‬
‫נותנים את התמיסה‪ .‬לתמיסה יש תכונות כימיות ופיסיקליות שונות מהתכונות של הממס‬
‫הטהור ו‪/‬או המומס הטהור‪.‬‬
‫ריכוז התמיסה הוא כמות המומס בממס‪ .‬תמיסה מהולה היא תמיסה שמכילה כמות קטנה‬
‫יחסית של מומס ותמיסה מרוכזת היא תמיסה שמכילה כמות גדולה יחסית של מומס‪.‬‬
‫ניתן להביע את הריכוז של תמיסה מסוימת במספר אופנים‪ ,‬כאשר הכי ידועים הם הריכוז‬
‫המולרי והריכוז באחוזים‪.‬‬
‫ריכוז מולרי‪:‬‬
‫הריכוז המולרי או המולריות (‪ )Molarity – M‬הוא כמות המומס במולים הנמצאת בליטר‬
‫תמיסה‪:‬‬
‫‪Molarity (M) = moles of solute / liters of solution‬‬
‫‪C=n/v‬‬
‫‪n = m /mw‬‬
‫‪23‬‬
‫הריכוז באחוזים‪:‬‬
‫ניתן להביע את הריכוז של המומס באחוזים וכאן יתכנו שלושה סוגים של אחוזים‪,w/w :‬‬
‫‪ v/v‬ו‪.w/v -‬‬
‫(‪ :weight/weight percent - w/w )i‬משקל המומס (‪ / )g‬משקל התמיסה (‪100% × )g‬‬
‫(‪ :volume/volume percent - v/v )ii‬נפח המומס (‪ / )mL‬נפח התמיסה (‪100% × )mL‬‬
‫(‪ :weight/volume percent – w/v )iii‬משקל המומס (‪ / )g‬נפח התמיסה (‪100% × )mL‬‬
‫לכן‪ ,‬חשוב מאוד בקביעת ריכוז חומר מסוים להקפיד על היחידות‪.‬‬
‫דוגמא מספרית‪ :‬מהו הריכוז המולרי של התמיסה המתקבלת מהמסת ‪ 333‬גרם של אשלגן‬
‫ביקרבונט (‪ )KHCO3‬ב‪ 10 -‬ליטר מים?‬
‫פתרון‪:‬‬
‫בשלב הראשון מחשבים את מספר המולים של אשלגן ביקרבונט‪:‬‬
‫)‪n (moles) = m (weight in g) / Mw (molecular weight in g/mol‬‬
‫‪n (KHCO333 = )3 g / 100 g/mol = 3.33 mol‬‬
‫אח"כ מחלקים את מספר המולים בנפח התמיסה‪:‬‬
‫)‪C (Molarity) = n (mol) / V (lit‬‬
‫‪C (KHCO3) = 3.33 mol / 10 lit = 0.333 M‬‬
‫רב התמיסות המסחריות מרוכזות ואפשר להשתמש בהן להכין תמיסות מהולות יותר‪.‬‬
‫הפעולה של הכנת תמיסה מהולה מתמיסה מרוכזת נקראת מיהול והיא נעשית ע"י הוספת‬
‫ממס נקי לתמיסה המרוכזת‪ .‬הוספת ממס אינה משנה את כמות המומס אלא רק את ריכוזו‪.‬‬
‫נניח שריכוז התמיסה המרוכזת הוא ‪ ,Mconc‬ונפח התמיסה לפני המיהול הוא ‪ .Vconc‬המכפלה‬
‫של הנפח והריכוז תתן את מספר המולים של המומס‪:‬‬
‫)‪Mconc × Vconc = n(solute‬‬
‫כאשר מוהלים את התמיסה הריכוז שלה משתנה וכך גם הנפח ואנו מקבלים ריכוז חדש‬
‫(יותר נמוך) ‪ Mdil‬ונפח חדש (יותר גדול) ‪ Vdil‬וגם כאן המכפלה של הנפח והריכוז תתן את‬
‫‪24‬‬
‫מספר המולים של המומס‪:‬‬
‫)‪Mdil × Vdil = n(solute‬‬
‫ומכיוון שמספר המולים של המומס אינו מושפע מהמיהול ניתן להגיד ש‪:‬‬
‫‪Mconc × Vconc = Mdil × Vdil‬‬
‫דוגמא מספרית‪ :‬מה הוא ריכוז התמיסה החדשה המתקבלת ממיהול ‪ 25‬מ"ל תמיסת ‪NaCl‬‬
‫בריכוז ‪ 1M‬ל‪ 100-‬מ"ל?‬
‫פתרון‪:‬‬
‫מציבים בנוסחא הבאה‪:‬‬
‫‪Mconc × Vconc = Mdil × Vdil‬‬
‫‪1M * 0.025 L = Mdil × 0.1 L‬‬
‫‪Mdil = 0.25M‬‬
‫‪25‬‬
‫חלק א' ‪ -‬הכלים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫משורה ‪ 1‬ליטר‬
‫בקבוק מדידה ‪ 250‬מ"ל‬
‫בקבוק אחסון‬
‫‬
‫ספטולה‬
‫מאזניים אנאליטיים‬
‫נייר שקילה‬
‫כוס כימית‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫מלח שולחן ‪ -‬נתרן כלורי ‪NaCl‬‬
‫פוטסיום הידרוקסיד ‪KOH‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫א‪ 1.‬הכנת ‪ 250‬מ"ל תמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬במדויק‪:‬‬
‫שקול במאזניים אנאליטיים בערך במדויק ‪ 1.4611‬גרמים של ‪( NaCl‬על נייר שקילה או בכוס‬
‫כימית) והעבר כמותית לתוך בקבוק מדידה של ‪ 250‬מ"ל‪ .‬הוסף מים מזוקקים עד לקו‪ .‬ערבב‬
‫ורשום על הבקבוק את שם החומר‪ ,‬הריכוז‪ ,‬התאריך ושם המכין‪.‬‬
‫א‪ 2.‬הכנת ליטר תמיסת )‪ KOH(aq‬בריכוז ‪:0.1M‬‬
‫שקול ‪ 5.61‬גרמים של ‪ KOH‬בתוך כוס כימית‪ .‬מלא משורה של ‪ 1L‬במים מזוקקים‪ .‬העבר‬
‫‪26‬‬
‫כמות קטנה של המים לתוך הכוס והמתן עד להמסה מלאה של החומר‪ .‬העבר לבקבוק‬
‫האחסון‪ .‬שטוף את הכוס בעזרת כמות קטנה נוספת של המים המזוקקים והעבר לבקבוק‪.‬‬
‫הוסף את יתר המים המזוקקים‪ .‬פקוק את הבקבוק‪ ,‬ערבב את התמיסה היטב ורשום על‬
‫הבקבוק את שם החומר‪ ,‬הריכוז‪ ,‬התאריך ושם המכין‪.‬‬
‫הערות חשובות לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬את המשקלים של המומסים יש לכתוב בדפים הנלווים בחוברת המעבדה‪.‬‬
‫‪ KOH2 .2‬הוא בסיס חזק יש להמנע ממגע עם הידיים או כל חלק אחר של הגוף‪.‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬הכלים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫פיפטה וולומטרית של ‪ 20‬מ"ל‬
‫בקבוק מדידה של ‪ 100‬מ"ל‬
‫כוס כימית קטנה‬
‫משורה של ‪1L‬‬
‫בקבוק לאחסון‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫תמיסת ‪ NaCl‬בריכוז ‪0.1M‬‬
‫תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪32% w/w‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫ב‪ 1.‬הכנת ‪ 100‬מ"ל תמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.02M‬מתמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬במדויק‬
‫העבר ‪ 20‬מ"ל של תמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬בפיפטה וולומטרית לתוך בקבוק מדידה‬
‫של ‪ 100‬מ"ל שמכיל מעט מים מזוקקים‪ ,‬והוסף מים מזוקקים עד לקו‪.‬‬
‫‪27‬‬
‫חשוב מאוד‪:‬‬
‫כדי למהול תמיסה בריכוז מדויק ולהגיע לריכוז הרצוי במדויק יש להקפיד על העברת הנפח‬
‫המדויק של התמיסה המקורית‪.‬‬
‫ב‪ 2.‬הכנת ‪ 1‬ליטר תמיסת )‪ HCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬מתמיסת )‪ HCl(aq‬בריכוז ‪ 32% w/w‬בקירוב‬
‫העבר ‪ 10‬מ"ל תמיסת ‪ HCl‬מרוכזת במשורה לבקבוק המכיל כ‪ 0.5 -‬ליטר מים מזוקקים‬
‫והוסף ‪ 0.5‬ליטר נוספים של מים מזוקקים‪ .‬ערבב היטב וסמן את התמיסה (שם החומר‪,‬‬
‫הריכוז‪ ,‬התאריך ושם המכין)‪.‬‬
‫הערות חשובות לביצוע הנסוי‪:‬‬
‫‪ 32% HCl‬היא חומצה חזקה‪ -‬יש להימנע ממגע עם הידיים או כל חלק אחר של הגוף‬
‫דפים נלווים ‪ -‬תצפיות ונתוני תוצאות‪:‬‬
‫א‪ 1.‬הכנת ‪ 250‬מ"ל תמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬במדויק‬
‫מסת ‪________________ NaCl‬‬
‫נפח תמיסת ‪________________ NaCl‬‬
‫ריכוז תמיסת ‪NaCl‬‬
‫________________‬
‫א‪ 2.‬הכנת ליטר תמיסת )‪ KOH(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬בקירוב‬
‫מסת ‪________________ KOH‬‬
‫נפח תמיסת ‪________________ KOH‬‬
‫ריכוז תמיסת ‪KOH‬‬
‫________________‬
‫‪28‬‬
‫ב‪ 1.‬הכנת ‪ 100‬מ"ל תמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.02M‬מתמיסת )‪ NaCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬במדויק‬
‫‬
‫נפח תמיסת ‪ NaCl‬בריכוז ‪0.1M‬‬
‫________________‬
‫‬
‫נפח סופי של התמיסה‬
‫________________‬
‫‬
‫ריכוז סופי של תמיסת ‪NaCl‬‬
‫________________‬
‫ב‪ 2.‬הכנת ‪ 1‬ליטר תמיסת )‪ HCl(aq‬בריכוז ‪ 0.1M‬מתמיסת )‪ HCl(aq‬בריכוז ‪ 32% w/w‬בקירוב‬
‫‬
‫נפח תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪32%‬‬
‫________________‬
‫‬
‫נפח סופי של התמיסה‬
‫________________‬
‫ריכוז סופי של תמיסת ‪HCl‬‬
‫________________‬
‫שאלות‬
‫סיכום‪:‬‬
‫‪1 .1‬הראה בצורה חישובית למה צריך לשקול ‪ NaCl 1.4611g‬בסעיף א‪.1.‬‬
‫‪2 .2‬הראה בצורה חישובית למה צריך לשקול ‪ KOH 5.61g‬בסעיף א‪.2.‬‬
‫‪3 .3‬חשב את הריכוז המולרי ההתחלתי של תמיסת ‪ ,32% HCl‬לפני המיהול (סעיף ב‪.)2.‬‬
‫שאלות הבנה כלליות‪:‬‬
‫‪1 .1‬כמה גרמים של פוטסיום היקדרוקסיד (‪ )KOH‬דרושים כדי להכין‪:‬‬
‫‪ .‬א‪ 2‬ליטר של תמיסה בריכוז ‪?6.0M‬‬
‫‪ .‬ב‪ 10‬מ"ל של תמיסה בריכוז ‪?0.1M‬‬
‫‪2 .2‬מהו הריכוז המולרי של‪:‬‬
‫‪ .‬אתמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪( 37%‬ריכוז משקלי ‪ ,?)w/w‬נתון‪.d(HCl 37%) = 1.19g/mL :‬‬
‫‪3 .3‬מה הוא ריכוז התמיסה המתקבלת מ‪:‬‬
‫‪ .‬אמיהול ‪ 25‬מ"ל תמיסת ‪ KOH‬בריכוז ‪ 0.2M‬ל‪ 100-‬מ"ל?‬
‫‪29‬‬
‫*** לפניך בקבוק אשר מכיל תמיסה מימית של מלח בישול בריכוז לא ידוע‪,‬‬
‫בנפח של ‪ 20‬מ"ל‪.‬‬
‫בכדי לחשב את הריכוז המולרי של ‪ ,NaCl‬רצוי לשקע את כל יוני הכלור בתמיסה‪ ,‬ע"י‬
‫הוספת ‪.AgNO3‬‬
‫חשה את הריכוז המולרי של מלח הבישול שלפניך אם נתון שנדרש להמיס כמעט ‪ 0.465‬גרם‬
‫‪ AgNO3‬כדי לשקע את כל יוני הכלור‪.‬‬
‫תוסיף את הכמות הנדרשת ותאר מה יקרה!‬
‫‪30‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :5‬תגובות חמצון חיזור בין כסף ונחושת‬
‫מטרות הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬להמחיש את תגובת החמצון חיזור בין נחושת וכסף‪.‬‬
‫‪2 .2‬ללמוד על תכונותיהם של חומרים מחמצנים וחומרים מחזרים דרך תגובות אופייניות‪.‬‬
‫רקע תיאורטי‪:‬‬
‫תגובת ִחמצון‪ -‬חיזור היא תגובה כימית שבה עוברים אלקטרונים מחומר אחד לאחר‪ .‬תיאור‬
‫זה נכון עבור רוב התגובות וזה מתבטא בשינוי דרגת החמצון של החומרים המשתתפים‬
‫בריאקציה‪ .‬תגובות חמצון‪-‬חיזור הן נפוצות מאוד בטבע‪ ,‬ומהוות את הבסיס לאלקטרוכימיה‪.‬‬
‫לדוגמה‪ ,‬תגובות חמצון‪-‬חיזור מוכרות ושכיחות הן שריפת הסוכרים בגוף‪ ,‬החלדה של ברזל‪,‬‬
‫והתגובה המתרחשת בתוך סוללה חשמלית‪.‬‬
‫החומר שמקבל את האלקטרונים עובר חיזור (דרגת החמצון שלו יורדת) והוא נקרא מחמצן‪,‬‬
‫ואילו החומר שמוסר את האלקטרונים עובר חמצון (דרגת החמצון שלו עולה) והוא נקרא‬
‫מחזר‪.‬‬
‫סידציה (‪ .)Oxidation‬תגובת‬
‫אֹוק ָ‬
‫דּוקציה (‪ )Reduction‬והחמצון ‪ְ -‬‬
‫בלועזית מכונה החיזור ֵר ְ‬
‫חמצון‪-‬חיזור קרויה רדוקס (‪.)Redox‬‬
‫ניקח לדוגמה תגובת חמצון חיזור בין שתי מתכות מעבר (מתכות המעבר הן המתכות‬
‫שהמצאות בגוש המרכזי בטבלה המחזורית)‪.‬‬
‫ייחודן של מתכות המעבר הוא שקליפת הערכיות הפעילה שלהם היא קליפת אלקטרוני ‪d‬‬
‫(שהיא הקליפה השלישית אחרי ‪ s‬ו‪ .)p-‬קליפה זו יכולה להכיל עד ‪ 10‬אלקטרונים‪ ,‬בהתאם‬
‫לסוג המתכת‪ ,‬אבל היא יכולה גם למסור ולקבל אלקטרונים בתגובה עם מתכות וחומרים‬
‫אחרים‪ .‬לכן מתכות המעבר פעילות מאד בתהליכי חמצון וחיזור‪.‬‬
‫נראה מי המחזר ומי המחמצן בתגובה הבאה‪:‬‬
‫)‪Cu2+(aq) + Zn(s) => Cu(s) + Zn+2(aq‬‬
‫לשם כך נבדוק מהו כיוון העברת האלקטרונים בתגובה זו‪Zn → 2e- → Cu+2 :‬‬
‫‪31‬‬
‫כלומר‪ ,‬האבץ המתכתי מוסר שני אלקטרונים ליון הנחושת‪ .‬לכן‪ ,‬בתגובה זו האבץ הוא‬
‫המחזר ויוני הנחושת הם המחמצנים‪.‬‬
‫האם אפשר לצפות מראש מי המתכת המחמצנת ומי המתכת המחזרת?‬
‫התשובה היא כן‪..............‬‬
‫ניתן לצפות זאת מראש בעזרת גודל המכונה פוטנציאל חיזור סטנדרטי‪ ,‬שהוא הגודל המייצג‬
‫את היכולת של מימן לחזר חומרים שונים‪ .‬חומר שמימן מחזר‪ ,‬הוא בעל פוטנציאל חיזור‬
‫סטנדרטי חיובי וחומר שמימן אינו יכול לחזר הוא בעל פוטנציאל חיזור סטנדרטי שלילי‪.‬‬
‫בדוגמא הקודמת‪ ,‬פוטנציאלי החיזור של יוני המתכות הם‪:‬‬
‫‪Zn+2(aq) + 2e- => Zn(s)……… -0.762V‬‬
‫‪Cu+2(aq) + 2e- => Cu(s)……… +0.518V‬‬
‫ככל שפוטנציאל החיזור הסטנדרטי יותר חיובי‪ ,‬החומר מתפקד כמחמצן טוב יותר‪ .‬לכן‪,‬‬
‫בתגובה בין אבץ לנחושת‪ ,‬יוני הנחושת מחמצנים את האבץ המתכתי אך לא להיפך‪.‬‬
‫דרך נוספת לעמוד על תכונות החמצון והחיזור של חומרים היא לברר מהי דרגת החמצון‬
‫שלהם‪ .‬דרגת החמצון של חומרים שונים מתייחסת למספר האלקטרונים שנמצאים ליד‬
‫האטומים שלהם בתוך קשר קוולנטי‪ .‬עבור יסודות טהורים‪ ,‬דרגת החמצון מוגדרת כאפס‬
‫(למשל עבור נחושת מתכתית‪ ,‬חמצן גזי‪ ,‬וכד')‪ .‬עבור יונים של יסודות שונים‪ ,‬ניתן לקבוע את‬
‫דרגת החמצון לפי מספר האלקטרונים שנמצאים ברמת הערכיות שלהם (למשל‪,Cu+2, Fe+3 ,‬‬
‫וכד')‪.‬‬
‫לדוגמא‪ :‬מנגן‪ ,Mn ,‬היא מתכת המעבר בעלת המספר הרב ביותר של דרגות חמצון‪ .‬דרגת‬
‫החמצון של יוני מנגן יכולה לנוע בין (‪ )0‬לבין (‪ .)7+‬כלומר‪ ,‬יוני המנגן יכולים לקחת או לתת‬
‫אלקטרונים במספר רב של תגובות חמצון‪-‬חיזור‪ .‬כמובן‪ ,‬בדרגות החמצון הקיצוניות‪ ,‬ניתן‬
‫להגדיר בוודאות האם ישמשו כמחמצנים או כמחזרים‪:‬‬
‫בדרגת חמצון (‪,)0‬‬
‫המנגן רק ‪.................‬‬
‫ובדרגת חמצון (‪ ,)7+‬המנגן משמש רק כחומר‪........................‬‬
‫חומרים רבים נוספים יכולים לעבור תגובות חמצון וחיזור‪ ,‬למשל‪ ,‬מי‪-‬החמצן (‪,)H2O2‬‬
‫‪32‬‬
‫המוכרים לנו מהפסים המחומצנים בשיער; ‪ , I2‬הוא היוד שאנו שמים על פצעים; ואקונומיקה‬
‫(‪ ,)NaOCl‬שמלבינה את הכביסה שלנו‪.‬‬
‫אחד היתרונות של מתכות המעבר הוא‪ ,‬שליונים שלהם בדרגות החמצון השונות‪ ,‬יש צבעים‬
‫אופייניים מרהיבי עין‪ .‬ניתן להשתמש בתכונה זו של יוני המתכות כדי ללמוד על מהותן של‬
‫תגובות חמצון‪-‬חיזור שיונים אלה לוקחים בהן חלק‪.‬‬
‫‪33‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :6‬טיטרציות חמצון‪-‬חיזור ויזואליות‬
‫חלק א' ‪ -‬הכנה וכיול תמיסת נתרן תיוסולפאט (‪)Na2S2O3‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת מי חמצן בשיטה פרמנגנומטרית ויודומטרית‬
‫חלק ג' ‪ -‬אנליזה יודומטרית של ויטמין ‪ C‬בטבליות‬
‫מטרות הניסוי‪ :‬הכרת חומרים מחמצנים ומחזרים; אנליזה של מי‪-‬חמצן בשתי שיטות‪:‬‬
‫פרמנגנומטריה ויודומטריה‪.‬‬
‫רקע‪ :‬תגובות חמצון חיזור‬
‫תגובות חימצון‪-‬חיזור הן תגובות‪ ,‬אשר במהלכן חל שינוי במצב החימצון של המגיבים עקב‬
‫מסירת אלקטרונים על ידי אחד המגיבים‪ ,‬הוא המחזר‪ ,‬וקבלתם על ידי המגיב האחר‪ ,‬הוא‬
‫המחמצן‪ .‬תהליך בו חומר (המחזר) מוסר אלקטרונים‪ ,‬ומספר החימצון שלו עולה‪ ,‬הוא‬
‫תהליך חימצון‪ .‬תהליך החימצון חייב להתרחש בשילוב עם תהליך חיזור אשר בו חומר אחר‬
‫(המחמצן) מקבל את האלקטרונים ומספר החימצון שלו יורד‪.‬‬
‫לחומרים שונים כושר חימצון או חיזור שונה‪ ,‬אשר ניתן לקביעה יחסית לסטנדרט שנבחר‬
‫באופן שרירותי‪ .‬כושר החיזור של חומר מבוטא על ידי פוטנציאל חיזור שנמדד יחסית‬
‫לפוטנציאל החיזור של מימן‪ ,‬המוגדר כאפס‪ .‬חומר הוא מחזר חזק יותר ככל שפוטנציאל‬
‫החיזור שלו שלילי יותר‪ .‬פוטנציאלי החיזור של חומרים שונים מסודרים בטבלת פוטנציאלי‬
‫חיזור סטנדרטיים‪ ,‬המאפשרת השוואת כושר חיזור (או חימצון) של החומרים בתנאים‬
‫סטנדרטיים (‪ ,25°C‬ריכוז ‪.)1M‬‬
‫ניתן לחשב פוטנציאל בתנאים לא סטנדרטיים באמצעות משוואת ‪ Nernst‬המבטאת את‬
‫תלות הפוטנציאל בריכוז התמיסה‪:‬‬
‫[‪]Ox‬‬
‫‪0.059‬‬
‫–––––– ‪E = E0 + ––––––– log‬‬
‫]‪[Red‬‬
‫‪n‬‬
‫[‪ - ]Red] ,[Ox‬הריכוזים המולריים של הצורה המחומצנת ושל הצורה המחוזרת‪,‬‬
‫בהתאמה‪.‬‬
‫‪ - n‬מספר האלקטרונים העוברים בתגובה‪.‬‬
‫בניסויים הבאים נכיר חומרים מחמצנים ומחזרים שונים ונלמד להשתמש בטבלת‬
‫הפוטנציאלים הסטנדרטיים‪.‬‬
‫‪34‬‬
‫ניתן להשתמש בתגובות חימצון‪-‬חיזור לקביעות כמותיות על ידי טיטרציות של חומרים‬
‫מחזרים בתמיסות מכוילות של חומר מחמצן או להיפך‪ .‬המקרה הראשון הוא השכיח מפני‬
‫שתמיסות של חומרים מחזרים עלולות להתחמצן באויר וקשה לשמור על ריכוז מדויק שלהן‪.‬‬
‫תגובות חימצון‪-‬חיזור הן לעתים תגובות איטיות‪ ,‬וכדי לבצע קביעות כמותיות באמצעות‬
‫טיטרציות חימצון‪-‬חיזור יש לבחור תנאים‪ ,‬שבהם התגובה תהיה מהירה‪ .‬כמו כן‪ ,‬בשל ריבוי‬
‫התוצרים האפשריים בתגובות חימצון‪-‬חיזור‪ ,‬יש להבטיח תנאים בהם התגובה תהיה בעלת‬
‫סטוכיומטריה מוגדרת וידועה‪.‬‬
‫‪ pH‬התמיסה‪ ,‬הטמפרטורה והתווך בו מבוצעת הטיטרציה הם התנאים העיקריים הקובעים‬
‫את הסטויכיומטריה ואת מהירות התגובה‪.‬‬
‫ניתן לקבוע את נקודת הסיום של טיטרצית חימצון‪-‬חיזור במספר דרכים ‪:‬‬
‫‪ .‬אשינוי צבע התמיסה כתוצאה משינוי צבעו של אחד המגיבים עקב שינוי במצב החימצון‬
‫שלו‪.‬‬
‫‪ .‬בהוספת חומר שלישי שאינו משתתף בתגובת החימצון‪-‬חיזור אך יוצר עם אחד המגיבים‬
‫או התוצרים תרכובת בעלת צבע אופייני‪.‬‬
‫‪ .‬גשימוש באינדיקטור חימצון‪-‬חיזור שהוא עצמו חומר מחמצן או מחזר בעל צבע אופייני‬
‫במצבי חימצון שונים והוא בעל פוטנציאל חיזור כזה שיגיב מיד לאחר גמר תגובת‬
‫הטיטרציה‪.‬‬
‫‪ .‬דשימוש במדידה פוטנציומטרית העוקבת אחר שינויי מתח בתמיסה במהלך הטיטרציה‪.‬‬
‫כללים לקביעת מספר החימצון ואיזון תגובות חימצון‪-‬חיזור‬
‫♦ ♦כללים לקביעת מספר החימצון של יסודות בתוך תרכובת‪:‬‬
‫‪1 .1‬מספר החימצון של יסוד טהור הוא אפס‪.‬‬
‫‪2 .2‬מספר החימצון של חמצן הוא ‪ -2‬בכל התרכובות‪ ,‬חוץ מפרוקסידים‪ ,‬שבהם החמצן בעל‬
‫דרגת חמצון ‪ ,-1‬כמו ב‪.H2O2 -‬‬
‫‪3 .3‬מספר החימצון של מימן הוא ‪ +1‬חוץ מבתרכובות הידרידים של מתכות בהן דרגת‬
‫החימצון של המימן היא ‪ ,-1‬כמו ב‪.CaH2 ,NaH -‬‬
‫‪4 .4‬סכום מספרי החימצון של כל היסודות בתרכובת בלתי טעונה שווה לאפס‪.‬‬
‫‪5 .5‬סיכום מספרי החימצון של כל היסודות בתרכובת טעונה שווה למטענו (סכום מספרי‬
‫החימצון ב‪ -MnO4 -‬שווה ל‪.)-1 -‬‬
‫‪35‬‬
‫♦ ♦איזון תגובות חימצון‪-‬חיזור בשיטת חצאי תגובות‪:‬‬
‫בתגובות חימצון‪-‬חיזור חל מעבר אלקטרונים ממגיב אחד לשני (מהחומר המחזר אל החומר‬
‫המחמצן) ולכן תגובות אלו הן תגובות אלקטרוכימיות‪ .‬תגובות אלו יכולות להתרחש בסביבה‬
‫חומצית‪ ,‬בסיסית או נייטרלית‪ ,‬ולכן ‪ OH- ,H+‬או ‪ H2O‬נחוצים לאיזון התגובה‪.‬‬
‫דוגמא ‪ :1‬תגובה בין ‪ Fe2+‬לבין ‪ Cr2O72-‬בסביבה חומצית‪.‬‬
‫‪Fe2+ + Cr2O72- ↔ Fe3+ + Cr3+ + H2O‬‬
‫‪I .I‬ע"י שימוש במספרי חימצון זהה את המחמצן והמחזר בכל חצי תגובה‬
‫א‪( Cr6+ .‬ב‪ )Cr2O72- -‬מתחזר ל‪.Cr3+ -‬‬
‫ב‪ Fe2+ .‬מתחמצן ל‪Fe3+. -‬‬
‫‪ .II‬כתוב את חצי תגובת החיזור ‪:‬‬
‫‪Cr2O72- ↔ 2Cr3+‬‬
‫א‪ .‬אזן ‪ H+‬ע"י הוספתו לצד שבו חסר ‪.H+‬‬
‫ב‪.‬‬
‫אזן חמצן ע"י הוספת ‪ H2O‬לצד שבו חסר חמצן‪.‬‬
‫‪Cr2O72- + 14H+ ↔ 2Cr3+ + 7H2O‬‬
‫ג‪.‬‬
‫אזן מטענים ע"י הוספת אלקטרונים לצד שבו חסרים מטענים שליליים‬
‫‪Cr2O72- + 14H+ + 6e ↔ 2Cr3+ + 7H2O‬‬
‫‪ .III‬כתוב את חצי תגובת החימצון ואזן אותה ‪:‬‬
‫‬
‫‪Fe2+ ↔ Fe3+ + e‬‬
‫‪ .IV‬צרף ‪ 2‬חצאי התגובה ואזן אלקטרונים ע"י הכפלת משוואת החימצון ב‪ ,6 -‬אז מתקבלת‬
‫תגובה כוללת מאוזנת ‪:‬‬
‫‪6Fe+2 + Cr2O72- + 14H+ ↔ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O‬‬
‫דוגמא ‪ :2‬איזון בסביבה ניטרלית או בסיסית‪:‬‬
‫‪Fe+2 + MnO4- + H2O ↔ Fe3+ + MnO2 + OH‬‬‫‪ .I‬זהה מחמצן ומחזר א) ‪ Mn7+‬מתחזר ל‪.Mn4+ -‬‬
‫ב) ‪ Fe2+‬מתחמצן ל‪.Fe3+ -‬‬
‫‪ .II‬כתוב את חצי תגובת החיזור‬
‫‪MnO4- ↔ MnO2‬‬
‫א‪ .‬אזן חמצן ע"י הוספת מים בצד שבו חסר חמצן‬
‫‪MnO4- ↔ MnO2 + 2H2O‬‬
‫‪36‬‬
‫ב) אזן מימן ע"י הוספת מים בצד שבו חסר מימן ובצד השני הוסף ‪ OH-‬כמספר‬
‫מולקולות המים‪.‬‬
‫‪MnO4- + 2H2O ↔ MnO2 + 4OH‬‬‫ג) אזן מטענים וצרף ‪ 2‬חצאי תגובה כמו בדוגמא ‪.1‬‬
‫‪37‬‬
‫חלק א' ‪ -‬הכנה וכיול תמיסת נתרן תיוסולפאט (‪)Na2S2O3‬‬
‫תיוסולפט הוא חומר מחזר‪ .‬הוא אינו מהווה סטנדרט ראשוני‪ ,‬אלא יש לכיילו עם חומר‬
‫מחמצן‪ .‬המחמצן במקרה זה צריך להיות בעל כושר חימצון מתון כדי למנוע חימצון הגפרית‬
‫למצבי חימצון גבוהים בצורה בלתי מבוקרת‪ .‬לשם כך נשתמש ביוד הנוצר בתגובה של כמות‬
‫מדודה של ‪( ,KIO3‬סטנדרט ראשוני) עם עודף של יודיד‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫הכנת תמיסת נתרן תיוסולפאט (‪)Na2S2O3‬‬
‫ ‪-‬הכן בכוס כ‪ 400 -‬מ"ל מים מזוקקים‪ .‬הוסף כ‪ 12.5 -‬גר' ‪ ,2 Na2S2O3.5H2O‬המס והשלם‬‫לנפח של ‪ 500‬מ"ל‪.‬‬
‫‪- -‬העבר לבקבוק פלסטיק הנמצא על שולחנך‪.‬‬
‫כיול תמיסת נתרן תיוסולפאט‬
‫ ‪-‬שקול במדויק כ‪ 0.5 -‬גר' ‪ KIO3‬יבש‪ .3‬העבר לבקבוק כיול בנפח של ‪ 250‬מ"ל‪ .‬המס במים‬‫מזוקקים‪ ,‬והשלם עד לקו‪.‬‬
‫ ‪-‬העבר בפיפטה ‪ 50‬מ"ל מתמיסת ‪ KIO3‬שהכנת לארלנמאייר מתאים‪.‬‬‫ ‪-‬הוסף בזהירות כ‪ 2 -‬גר' ‪ KI‬ו ‪ 10 -‬מ"ל תמיסת ‪ .0.5M H2SO4‬המנע ממגע החומר! עלול‬‫לגרום כוויות!‬
‫בשלב זה משתחרר יוד לפי המשוואה‪:‬‬
‫‬
‫‪IO3- + 6H+ + 5I- → 3I2 + 3H2O‬‬
‫ ‪-‬טטר מייד בתמיסת ‪ Na2S2O3‬שהכנת עד קבלת צבע צהוב‪ ,‬לפי‪:‬‬‫‬
‫‪I2 + 2S2O32- → 2I- + S4O62-‬‬
‫ ‪-‬הוסף ‪ 2‬מ"ל תמיסת עמילן ממשורה והשלם את הטיטרציה עד היעלמות הצבע הכחול‪.‬‬‫ ‪-‬חזור על הטיטרציה לפחות עוד פעמיים נוספות בצורה עדינה‪ ,‬עד שיהיו בידיך שתי‬‫תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן מ‪.0.5% -‬‬
‫‪38‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת מי‪-‬חמצן בשיטה פרמנגנומטרית (חימצון ‪ )H2O2‬ושיטה‬
‫יודומטרית (חיזור ‪)H2O2‬‬
‫‪ .‬אקביעת מי‪-‬חמצן על ידי פרמנגנט‬
‫הקביעה הינה ישירה והתהליך המתרחש (שים לב‪ :‬התגובה אינה מאוזנת)‪:‬‬
‫‬
‫‪H2O2 + MnO4- + H+ → O2 + Mn2+ +H2O‬‬
‫קיימים א‪-‬דיוקים בטיטרציה שמקורם בשתי סיבות עיקריות‪:‬‬
‫‪I .I‬מי‪-‬חמצן מתפרקים באופן עצמי‪.‬‬
‫‪IIII‬מי‪-‬חמצן מסחריים מכילים חומרים אורגניים מייצבים שהם עצמם מגיבים עם הפרמנגנט‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫ ‪-‬מלא ביורטה בנפח ‪ 50‬מ"ל בתמיסת פרמנגנאט מכויילת‪.‬‬‫ ‪-‬העבר בפיפטה ‪ 10‬מ"ל מדוגמת מי ‪ -‬החמצן שקבלת לבקבוק כיול בנפח ‪ 250‬מ"ל ומהל עד‬‫לקו במים מזוקקים‪ .‬ערבב היטב‪.‬‬
‫ ‪-‬בעזרת פיפטה וולומטרית העבר ‪ 25.0‬מ"ל מהדוגמא המהולה לתוך ארלנמאיר בנפח ‪250‬‬‫מ"ל‪.‬‬
‫ ‪-‬הוסף כ‪ 50 -‬מ"ל מים מזוקקים‪ ,‬כ‪ 25 -‬מ"ל תמיסת ‪ 1.5M H2SO4‬וטטר עם תמיסת‬‫פרמנגנט מכוילת עד שצבע התמיסה הופך סגול בהיר‪.‬‬
‫ ‪-‬חזור על הקביעה‪ ,‬עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן מ‪.0.5% -‬‬‫ ‪-‬חשב את ריכוז מי החמצן בדוגמה המקורית ביחידות )‪ mol/L (M‬ו‪.gr/L -‬‬‫‪ .‬בקביעת מי ‪ -‬חמצן בשיטה יודומטרית‬
‫מי ‪ -‬חמצן בסביבה חומצית מגיבים עם יוד בהתאם לתגובה הבאה (שים לב‪ :‬התגובה אינה‬
‫מאוזנת)‪:‬‬
‫‬
‫‪H2O2 + I- + 2H+ → I2 + H2O‬‬
‫‪39‬‬
‫התגובה היא איטית‪ ,‬אך ניתן לזרז אותה ע"י הוספת מלח מוליבדאט‪.‬‬
‫היוד שנוצר מגיב עם תמיסת תיוסולפט‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫בעזרת פיפטה וולומטרית העבר ‪ 25.0‬מ"ל מהדוגמא המהולה לתוך ארלנמאיר בנפח ‪250‬‬
‫מ"ל‪.‬‬
‫הוסף לארלנמאייר‪:‬‬
‫‪1 .1‬כ‪ 20 -‬מ"ל מים מזוקקים‪.‬‬
‫‪ 102 .2‬מ"ל ‪.1.5M H2SO4‬‬
‫‪ 13 .3‬גר' של ‪ KI‬מוצק‪.‬‬
‫‪ 34 .4‬טיפות תמיסת נתרן מוליבדאט ‪ ,3%‬המשמש כזרז (קטליזטור) לתגובה בין מי‪-‬חמצן‬
‫לבין יודיד‪.‬‬
‫‪5 .5‬ספטולה גדושה נתרן ביקרבונט (‪( .)NaHCO3‬חומר זה מגיב עם החומצה ומייצר אוירה‬
‫אינרטית של ‪ .CO2‬באוירה כזו‪ ,‬יוני היודיד במערכת אינם נמצאים במגע עם החמצן‬
‫שבאויר‪ ,‬ואינם מתחמצנים על ידו ליוד)‪.‬‬
‫טטר את התמיסה בעזרת התמיסה המכוילת של ‪ Na2S2O3‬עד שצבעה ישתנה לחום בהיר‪.‬‬
‫הוסף ‪ 1‬עד ‪ 2‬מ"ל של תמיסת עמילן והמשך בטיטרציה עד שהצבע הכחול‪-‬שחור נעלם‪.‬‬
‫ ‪-‬חזור על הטיטרציה עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן קטן מ‪.0.5% -‬‬‫ ‪-‬חשב את ריכוז מי החמצן בדוגמה המקורית ביחידות )‪ mol/L (M‬ו‪.gr/L -‬‬‫‪- -‬השווה את התוצאות שקבלת בשתי השיטות‪ .‬הסבר את ההבדלים שהתקבלו‪.‬‬
‫חלק ג' ‪ -‬אנליזה יודומטרית של ויטמין ‪ C‬בטבליות‬
‫ויטמין ‪( C‬חומצה אסקורבית‪ ,C6H8O6 M.W.176.19) ,‬מצוי בפירות וירקות ובמיוחד בפרי‬
‫הדר‪.‬‬
‫הוא מעורב במסלולים מטבוליים רבים‪ ,‬חשוב בריפוי‪ ,‬ביצירת תאי דם ובהתפתחות העצמות‬
‫והרקמות‪.‬‬
‫ויטמין ‪ C‬עובר חמצון מהיר ובאופן כמותי ע"י יוד בתמיסה חומצית‪.‬‬
‫בניסוי שלנו נקבע ויטמין ‪ C‬בשיטה עקיפה ע"י טיטרציה חוזרת (‪.)Back Titration‬‬
‫‪40‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫שקול בשקילה מדויקת טבלית ויטמין ‪( C‬נמצא במגש בעמדה)‪.‬‬
‫בתוך כוס בנפח ‪ 150‬מ"ל המס טבלית ויטמין ‪ C‬ב‪ 60 -‬מ"ל תמיסת ‪( H2SO4 0.5M‬לא כל‬
‫חומרי הקישור והחיזוק מתמוססים)‪.‬‬
‫העבר כמותית לבקבוק כיול בנפח ‪ 100‬מ"ל והשלם עד הקו במים מזוקקים‪.‬‬
‫העבר בפיפטה ‪ 25‬מ"ל מהתמיסה לארלנמייר בנפח ‪ 250‬מ"ל והוסף ‪ 2‬ג"ר ‪ KI‬ו ‪ 50.00 -‬מ"ל‬
‫תמיסת ‪( KIO3‬בפיפטה)‪.‬‬
‫טטר בתמיסת ‪ Na2S2O3‬מכוילת עד לצבע צהוב חיוור‪ .‬הוסף ‪ 2‬מ"ל תמיסת עמילן והמשך‬
‫לטטר עד העלמות הגוון השחור‪ /‬כחול‪.‬‬
‫אם הזמן מאפשר‪ ,‬חזור על הטיטרציה פעם נוספת‪ ,‬עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז‬
‫הסטיה ביניהן קטן מ‪.0.5% -‬‬
‫חשב מהו אחוז הויטמין ‪ C‬בדוגמא‪.‬‬
‫‪41‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :7‬טיטרציות חמצון‪-‬חיזור‬
‫(טיטור תמיסת מי‪-‬חמצן בריכוז לא ידוע ע"י ‪)KMnO4‬‬
‫כיול תמיסת אשלגן פרמנגנאט ‪KMnO4‬‬
‫פרמנגנומטריה היא שיטה לקביעה כמותית של חומרים מחזרים על ידי טיטרציה שלהם‬
‫בתמיסת פרמנגנט (‪ )KMnO4‬מכוילת‪ .‬הטיטרציה נעשית לרוב בסביבה חומצית שבה ל‪-‬‬
‫‪ KMnO4‬כושר חימצון מירבי והתגובה היא מוגדרת וכמותית (הטיטרציה נעשית בתוך‬
‫‪ H2SO4‬ולא בתוך ‪ HC1‬או ‪ ,HNO3‬מדוע?)‪ .‬הטיטרציה מתבצעת בדרך כלל בחום לזירוז‬
‫התגובה‪ .‬בשיטה זו נקבעת נקודת הסיום של הטיטרציה ברגע הופעת הצבע הורוד בתמיסה‪,‬‬
‫המעיד על עודף פרמנגנט‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫ ‪-‬קבל תמיסת ‪ 0.02M KMnO4‬מסוננת‪.‬‬‫ ‪-‬שקול בדייקנות בשקילה הפרשית כ‪ 200 -‬מ"ג ‪ Na2C2O4‬יבש והעבר לארלנמאייר בנפח‬‫‪ 250‬מ"ל‪.‬‬
‫ ‪-‬מלא ביורטה בנפח ‪ 50‬מ"ל ב‪.KMnO4 -‬‬‫ ‪-‬הוסף כ‪ 100 -‬מ"ל מים וכ‪ 15 -‬מ"ל ‪.1:8 H2SO4‬‬‫ ‪-‬חמם עם מדחום בתוך הארלנמאייר עד ‪.60-70°C‬‬‫ ‪-‬הוצא את המד חום ושטוף אותו במעט מים מזוקקים לתוך הארלנמאייר‪.‬‬‫ ‪-‬טטר את התמיסה החמה עם ‪ KMnO4‬עד צבע ורוד הנשאר יציב במשך חצי דקה‪ .‬תגובת‬‫חיזור של פרמנגנט הינה איטית בהתחלה ולכן צבעו לא נעלם מיד‪.‬‬
‫ ‪-‬חשב את ריכוז תמיסת ‪KMnO4‬‬‫ ‪-‬חזור על הכיול לפחות עוד פעם אחת‪ ,‬עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן‬‫קטן מ‪.0.5% -‬‬
‫מי‪-‬חמצן‪ :‬מחמצן או מחזר?‬
‫בניסוי זה‪ ,‬תערכו טיטרציית חמצון‪-‬חיזור של מי חמצן (‪ )H2O2‬עם ‪ KMnO4‬ותקבעו מי‬
‫‪42‬‬
‫המחמצן ומי המחזר בתגובה זו‪ .‬כמו‪-‬כן תוכלו לקבוע את ריכוז תמיסת מי‪-‬החמצן בצורה‬
‫מדויקת‪.‬‬
‫‪ .‬אקבלו מן המרצה בקבוק מדידה‪ ,‬המכיל ‪ 12.5‬מ»ל של תמיסת מי‪-‬חמצן בריכוז לא‪-‬ידוע‬
‫מלאו את הבקבוק עד לקן המסומן‪.‬‬
‫‪ .‬בלתוך כוס כימית של ‪ 250‬מ»ל הוסיפו‪:‬‬
‫ ‪ 25-‬מ»ל של תמיסת הנעלם (תמיסת מי‪-‬חמצן שריכוזה לא ידוע)‬‫ ‪ 25-‬מ»ל תמיסת ‪H2SO4 3M‬‬‫‪ .‬גהכניסו לתמיסה מגנט‪ ,‬והניחו לבחישה על בוחש מגנטי‪.‬‬
‫‪ .‬דטטרו את תמיסת מי‪-‬החמצן בעזרת תמיסת ‪ KMnO4 0.02M‬ע»י הורדת מ»ל תמיסה‬
‫בכל פעם‪ .‬שימו לב‪ :‬בחלק זה של הניסוי אנו עובדים עם התמיסה המרוכזת יותר של‬
‫‪ ,KMnO4 0.02M‬ולא עם התמיסה עמה עבדנו בחלק הראשון‪.‬‬
‫עקבו אחר שינויי הצבע‪ .‬מה קורה ל‪ KMnO4 -‬בתמיסה? מדוע?‬
‫‪ .‬הנסו לנסח את משוואת התגובה בין מי‪-‬חמצן ל‪ KMnO4 -‬בסביבה חומצית‪:‬‬
‫>= ‪MnO4- + H2O2 + H+‬‬
‫_____________________________________________________________‬
‫‪ .‬ומה תפקידם של מי‪-‬החמצן בתגובה זו? מחמצן או מחזר?‬
‫‪ .‬זנקודת השוויון של הטיטרציה מופיעה כאשר טיפה נוספת של תמיסת ‪KMnO4 0.02M‬‬
‫משנה את צבע התמיסה לסגול בהיר‪ .‬רשמו את נפח תמיסת ‪ KMnO4 0.02M‬שהורדתם‬
‫‪ .‬חיחד עם המרצה‪ :‬חשבו את ריכוז תמיסת מי‪-‬החמצן בעזרת המשוואה‪C1 * V1 = C2 * :‬‬
‫‪( V2‬קחו בחשבון את המקדמים של המגיבים במשוואה המאוזנת)‪.‬‬
‫_________________________________________________________________‬
‫‪43‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :8‬קביעת מנגן בפלדה בשיטת ההוספה הסטנדרטית ובשיטת‬
‫גרף כיול‬
‫השיטה מבוססת על הפיכת המנגן המתכתי בפלדה ל‪ Mn2+ -‬ע"י המסת הפלדה בחומצה‬
‫חנקתית ואח"כ הפיכתו ליון הפרמנגנט הסגול (‪ )MnO4-‬ע"י חימצון עם אשלגן פריודאט‪ ,‬לפי‬
‫המשואה‪:‬‬
‫‪2Mn2+ + 5IO4- + 9H2O ↔ 2 MnO4- + 5IO3- + 6H3O+‬‬
‫תמיסת הפרמנגנט יציבה בנוכחות עודף ‪ .IO4-‬הבליעה נמדדת ב‪ .525 nm -‬הריכוז הגבוה‬
‫של ברזל (‪ )III‬עלול להפריע בקביעה‪ ,‬ולכן ממוסך ע"י הוספת חומצה זרחתית‪ ,‬היוצרת את‬
‫הקומפלכס חסר הצבע ברזל‪-‬פוספאט‪.‬‬
‫שיטת ההוספה הסטנדרטית היא שיטה מהירה יחסית לשיטת עקום הכיול ומאפשרת‪,‬‬
‫עקרונית‪ ,‬קביעת ריכוז חומר נעלם תוך שתי מדידות בלבד‪ .‬שיטה זו היא כללית ואפשר‬
‫להשתמש בה בכל השיטות הפוטומטריות וגם בשיטות אלקטרואנליטיות מסוימות‪.‬‬
‫‪ .1‬בשלב ראשון קובעים את בליעת התמיסה המכילה את הנעלם‬
‫‪(1) Abs. = εXlCX‬‬
‫כאשר‪ - εX :‬מקדם הבליעה המולארי של הנעלם‪.‬‬
‫‪ - CX‬ריכוז הנעלם‬
‫‪ - l‬הדרך האופטית‬
‫‪ .2‬בשלב השני‪ ,‬מוסיפים לתמיסת הנעלם בנפח ‪ ,v1‬נפח ‪ v2‬של תמיסה סטנדרטית (בריכוז‬
‫ידוע) של האלמנט הנעלם‪ .‬הבליעה שתתקבל בשלב זה תהיה‪:‬‬
‫‪v2‬‬
‫‪v1‬‬
‫‪+ ε X lC S‬‬
‫‪v1 + v2‬‬
‫‪v1 + v2‬‬
‫‪Abs.= ε X lC X‬‬
‫כאשר ‪ - CS‬ריכוז הסטנדרט‪.‬‬
‫מתוך שתי המשואות (‪ )1‬ו‪ )2( -‬ניתן לחלץ את ‪.CX‬‬
‫להגדלת הדיוק של השיטה‪ ,‬ניתן לערוך מספר מדידות‪:‬‬
‫פתרון גרפי של שיטת ההוספה הסטנדרטית נתון בציור‬
‫‪44‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫‪ .1‬שיטת ההוספה הסטנדרטית‬
‫במנדף‪ ,‬הכן חומצה חנקתית במיהול ‪ :1:1‬לכוס בנפח ‪ 150‬מ"ל העבר כ‪ 25-‬מ"ל מים מזוקקים‪.‬‬
‫הוסף‪ ,‬בזהירות‪ ,‬כ‪ 25 -‬מ"ל חומצה חנקתית (‪ )HNO3‬מרוכזת‪ .‬ערבב בעזרת מוט זכוכית‪.‬‬
‫שקול בדייקנות דוגמת פלדה לפי הטבלה הבאה‪:‬‬
‫מס' נעלם‬
‫משקל הדוגמה (גרם)‬
‫מ‪ 1 -‬עד ‪10‬‬
‫‪0.40‬‬
‫מ‪ 11 -‬עד ‪20‬‬
‫‪0.45‬‬
‫מ‪ 21 -‬עד ‪30‬‬
‫‪0.30‬‬
‫מ‪ 31 -‬עד ‪40‬‬
‫‪0.50‬‬
‫והעבר לכוס בנפח ‪ 250‬מ"ל‪ .‬במנדף‪ ,‬בזהירות‪ ,‬העבר לכוס המכילה את הפלדה את החומצה‬
‫החנקתית במיהול ‪ 1:1‬שהכנת‪ .‬כסה את הכוס בזכוכית שעון‪ ,‬והרתח בעדינות מספר דקות עד‬
‫‪4‬‬
‫המסת הדוגמה‪ .‬הסר את הדוגמה מפלטת החימום והוסף בזהירות כ‪ 1 -‬גרם ‪ammonium‬‬
‫]‪ .peroxodisulfate [(NH4)2S2O8‬כסה בזכוכית שעון והרתח למשך עוד כ‪ 5 -‬דקות לחימצון‬
‫הפחמן‪ .‬קרר לטמפרטורת החדר‪ ,‬והעבר לבקבוק כיול בנפח ‪ 100‬מ"ל‪ .‬שטוף את הכוס מספר‬
‫פעמים במים מזוקקים‪ ,‬והעבר גם את מי השטיפה לבקבוק הכיול‪ .‬השלם במים מזוקקים‪.‬‬
‫אם התמיסה בשלב זה הינה ורודה‪ ,‬או מכילה תחמוצות חומות של מנגן‪ ,‬הוסף כ‪ 0.1 -‬גרם‬
‫)‪ ,sodium bisulfite (NaHSO3‬וחמם לעוד ‪ 5‬דקות‪.‬‬
‫בעזרת פיפטה‪ ,‬העבר ארבע מנות בנפח ‪ 20.0‬מ"ל מהתמיסה לכוסות בנפח ‪ 250‬מ"ל‪ .‬כוס‬
‫אחת תשמש כבלאנק‪ ,‬כוס שניה תשמש למדידת בליעת הדוגמא‪ ,‬והכוסות שלישית ‪ +‬רביעית‬
‫ישמשו למדידת בליעת הדוגמא ‪ +‬הסטנדרט‪ .‬טפל בכוסות לפי הטבלה הבאה‪:‬‬
‫‪5‬‬
‫)‪KIO4 (g‬‬
‫)‪H3PO4 (mL‬‬
‫)‪STD.Mn (mL‬‬
‫כוס ‪( 1‬בלאנק)‬
‫‪5‬‬
‫‪0.00‬‬
‫‪0.0‬‬
‫כוס ‪( 2‬דוגמה)‬
‫‪5‬‬
‫‪0.00‬‬
‫‪0.4‬‬
‫כוס ‪( 3‬דוגמה‪+‬הוספה ‪)1‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4.00‬‬
‫‪0.4‬‬
‫כוס ‪( 4‬דוגמה‪+‬הוספה ‪)2‬‬
‫‪5‬‬
‫‪8.00‬‬
‫‪0.4‬‬
‫הרתח את כל התמיסות בעדינות למשך ‪ 5‬דקות‪ ,‬קרר‪ ,‬והעבר כמותית לבקבוקי כיול בנפח‬
‫‪ 50‬מ"ל‪.‬‬
‫‪45‬‬
‫השלם עד לקו במים מזוקקים‪.‬‬
‫מדוד את בליעת התמיסות ‪ 4 ,3 ,2‬כאשר תמיסה ‪ 1‬משמשת כבלאנק (בין ‪.)400-600 nm‬‬
‫חשב את אחוז המנגן בפלדה לפי שיטת ההוספה הסטנדרטית‪.‬‬
‫‪ .2‬שיטת גרף כיול‬
‫מלא ביורטה בנפח ‪ 10‬מ"ל בתמיסת אם של ‪ KMnO4‬בריכוז של כ‪ .0.02M -‬העבר לבקבוקי‬
‫כיול בנפח ‪ 50‬מ"ל את הנפחים הבאים‪ 0.5 ,1 ,1.5 ,2 :‬מ"ל‪.‬‬
‫השלם במים מזוקקים‪.‬‬
‫מדוד את בליעת התמיסות (בלאנק‪ :‬מים)‪.‬‬
‫מתוך בליעת דוגמא ‪( 2‬דוגמת הפלדה ללא ההוספה הסטנדרטית) חשב ריכוז המנגן לפי שיטת‬
‫גרף הכיול‪.‬‬
‫אין לסמן את הקיווטות בשום צורה שהיא! אין לשטוף קיווטות באצטון!‬
‫השווה בין התוצאות שקיבלת משתי השיטות‪ .‬איזו מדויקת יותר‪ ,‬לדעתך‪ ,‬ומדוע?‬
‫‪46‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :9‬מנורת עלאא אלדין‬
‫חלק א' ‪ -‬גרסת הענן‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הוסף ‪ 50‬מ"ל מתמיסת מי חמצן ‪ 30%‬לתוך אירלנמייר של ‪ 1000‬מ"ל‪.‬‬
‫‪2 .2‬קח מעט מן הזרז )‪ MnO2(S‬על קצה ספטולה והוסף אל תוך האירלנמייר‪.‬‬
‫צפה בענן שמתפתח!‬
‫‪3 .3‬חזור על אותו ניסוי שוב‪ ,‬אבל עם מעט מאד זרז(על מנת שלא יתפתח ענן ועל מנת ללכוד‬
‫את החמצן בפנים)‪.‬‬
‫‪4 .4‬סגור את הארלנמייר (לא בצורה הרמטית)‪.‬‬
‫‪5 .5‬בדוק נוכחות חמצן‪ :‬קח חתיכה מוארכת של צמר פלדה‪ ,‬חמם מעט (אנרגיית שיפעול)‬
‫והכנס מיד לארלנמייר‪ ,‬תוך כדי טלטל מעט את הארלנמייר כדי שישתחרר עוד חמצן‬
‫לתגובה עם הצמר פלדה‪.‬‬
‫הריאקציה שמתרחשת עם ‪ ,MnO2‬היא ריאקצית הפירוק של מי חמצן למים וחמצן‪ ,‬כדלקמן‪:‬‬
‫)‪2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬גרסת הנחש‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הוסף כ‪ 100 -‬מ"ל מי חמצן ‪ 30%‬לתוך ארלנמייר של ‪ 1‬ליטר‪.‬‬
‫‪2 .2‬הוסף כמה מ"ל של דטרגנט נוזלי לתוך התמיסה הנ"ל‪.‬‬
‫‪3 .3‬הוסף ‪ 2‬גרם של גבישי אשלגן יודי ‪ KI‬וצפה במתרחש‪...‬‬
‫הריאקציה שמתרחשת‪ ,‬היא ריאקצית הפירוק של מי חמצן למים וחמצן‪ ,‬כדלקמן‪:‬‬
‫)‪2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g‬‬
‫‪47‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :10‬תגובה בין מגניזיום (‪ )Mg‬ומים קרים‬
‫ציוד וחומרים‪:‬‬
‫‪1 .1‬משפך זכוכית גדול‪ ,‬בעל צינור קצר‪.‬‬
‫‪2 .2‬כוס גדולה שבה ניתן להעמיד את המשפך הפוך‪ ,‬כאשר קוטר המשפך כמעט זהה לקוטר‬
‫הפנימי של הכוס‪ .‬המשפך צריך להיות טבול כולו בתוך הכוס (ראה ציור למטה)‬
‫‪3 .3‬אבקת מגנזיום (לא שבבים) ‪.‬‬
‫‪4 .4‬שתי מבחנות‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הוסף מעט מאבקת המגנזיום לתוך מבחנה מלאה במים‪ ,‬ונער את המבחנה‪ .‬אתה בקושי‬
‫תבחין בבועת גז!‬
‫‪2 .2‬הוסף מאבקת המגנזיום לתחתית הכוס הכימית המלאה במים‪ .‬כסה אותה עם המשפך‬
‫(ראה ציור למטה)‪ ,‬כך שהמשפך צריך להיות טבול כולו במים‪ .‬כסה את הקצה הצר של‬
‫המשפך ע"י מבחנה מלאה במים‪ .‬אחרי מספר שעות גז מימן יתחיל להצטבר במבחנה!‬
‫‪3 .3‬כסה את המשפך במבחנה מלאה במים‪ ,‬והמתן‪.‬‬
‫‪48‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :11‬תגובה בין מגניזיום (‪ )Mg‬ומים חמים‬
‫תצית חתיכה גדולה של מגנזיום‪ ,‬וטבול אותה בתוך כוס מלאה מים חמים‪.‬‬
‫האם אתה מבחין במשהו בוער בתחתית הכוס?הסבר‪.‬‬
‫"המעיל השחור של נחושת"‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫‪1 .1‬מבער‪ ,‬גפרורים‪ ,‬מלקחיים‬
‫‪ 32 .2‬פיסות נחושת (‪ )Cu‬נקיות‬
‫‪3 .3‬מבחנה‬
‫‪4 .4‬מבחנה מחוברת למזרק גדול‪ ,‬אשר גורם ליצירת לחץ נמוך "ואקום" בתוך המבחנה‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫מחממים את חתיכת הנחושת בשימוש במבער‪ .‬לאט לאט נבחין בשינוי בצבע חתיכת הנחושת‬
‫לצבע שחור!‬
‫מהו מקור הצבע השחור לדעתך?‬
‫‪1 .1‬ממשהו שנפלט מהמתכת?‬
‫‪2 .2‬מהפחמן המשתחרר מהלהבה?‬
‫‪3 .3‬או מריאקציה בין נחושת לאויר?‬
‫‪49‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :12‬מהות השכבה השחורה על הנחושת‪:‬‬
‫‪1 .1‬חיזור ע"י גז בישול (גז הבוטן)‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫‪1 .1‬מבער ללא הראש‬
‫‪2 .2‬מבחנה רגילה‬
‫‪3 .3‬צינור גומי‬
‫‪4 .4‬צינור זכוכית (~‪ 15‬ס"מ)‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪ -‬הרכיבו את המערכת כפי שמתוארת בציור למטה!‬
‫ ‪-‬חיממו את פיסת הנחושת בזרם של גז הבישול‪.‬‬‫חייבים להדליק את הגז היוצא מהמבחנה בזמן הניסוי‪.‬‬
‫על דופן המבחנה מבחינים בטיפות מים שנוצרו‪...‬‬
‫‪50‬‬
‫‪2.2‬חיזור ע"י גז המימן‪:‬‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫‪ HCl1 .1‬מרוכזת מהולה עם מים‬
‫‪2 .2‬חתיכות אבץ‬
‫‪3 .3‬לוח מגן‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪ -‬הרכיבו את המערכת כפי שמתוארת בציור למטה!‬
‫ חייבים לתת למימן לזרום מספיק זמן כדי לשטוף את כל האויר מן הכלי‪ ,‬וגם בודקים‬‫דגימה של הגז היוצא (מבחנה הפוכה‪ :‬אם הוא בוער בשקט אז אין בו אויר)‬
‫‪51‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :13‬התגובה בין ‪ Mg‬לבין ‪CuO‬‬
‫ציוד וחומרים‪:‬‬
‫‪1 .1‬מבחנה המכילה ‪ 0.3‬גר› אבקת מגניזיום‬
‫‪2 .2‬מבחנה המכילה ‪ 1‬גר› ‪CuO‬‬
‫‪3 .3‬מבער‬
‫‪4 .4‬גפרורים‬
‫‪5 .5‬אטב‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫מערבבים את האבקות‪ ,‬מחממים באופן עדין בהתחלה כדי לאדות מים שנספחו להן‪ ,‬ולאחר‬
‫מכן מחממים באופן חזק‪.‬‬
‫התגובה היא פתאומית‪ ,‬לכן יש להיזהר ולא לכוון את המבחנה למישהו אחר!‬
‫‪ -‬השווה את צבעי התוצרים על דפנות המבחנה עם צבעי המגיבים!‬
‫‪CuO + Mg → MgO + Cu‬‬
‫חום‬
‫‪52‬‬
‫לבן‬
‫אפור‬
‫כהה‬
‫שחור‬
‫מעבדה מס' ‪ :14‬התגובה בין נתרן ומים בהיעדר אויר!‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫‪1 .1‬קערה גדולה‬
‫‪2 .2‬משורה ‪ 100‬מ"ל‬
‫‪3 .3‬מלקטת‬
‫‪4 .4‬סכין‬
‫משקפי מגן!‬
‫‪5 .5‬צלחת פטרי‬
‫‪6 .6‬חתיכת פוליאתן "משקית ניילון"‬
‫‪7 .7‬נתרן‬
‫‪8 .8‬גפרורים או מצית‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬מלא כ‪ 4/3-‬הקערה במים‬
‫‪2 .2‬מלא את המשורה במים‪ ,‬וכסה אותה עם חתיכת הפוליאתן‬
‫‪53‬‬
‫‪3 .3‬הפוך את המשורה‪ ,‬והכנס אותה למים‪ ,‬צריך להקפיד לא לתת לאויר להיכנס (מותחים‬
‫את הפוליאתן)‪.‬‬
‫‪4 .4‬מסירים א הפוליאתן‬
‫‪5 .5‬על צלחת הפטרי‪ ,‬חתוך חתיכת נתרן‪ ,‬כ‪ 4 x 4 x -4 -‬מ"מ‪.‬‬
‫‪6 .6‬טבול אותה שוב בשמן הפראפין בו הנתרן נשמר‬
‫‪7 .7‬בעזרת המלקטת‪ ,‬הכנס את חתיכת הנתרן למים‪ ,‬מתחת למשורה‪ .‬לפעולה זו דרושה‬
‫זריזות ידיים! זה לא נורה אם הנתרן בורח ומגיב על פני המים בקערה‪ -‬לאחר תום‬
‫התגובה מכניסים חתיכה נוספת מתחת למשורה (להקפיד לייבש את המלקטת לפני כן!)‬
‫‪54‬‬
‫ ‪-‬תצפית עד שלב זה‪ :‬הנתרן מגיב וצף על פני המים‪ .‬גז נוצר בחלל‪ ,‬פני‬‫המים יורדים‪.‬‬
‫‪1 .1‬לאחר שכל הנתרן הגיב‪ ,‬ניתן לבדוק את מהות הגז (מדליקים אותו)‪.‬‬
‫רצוי להדליק אותו כאשר מחזיקים את המשורה מאוזן כדי לאפשר ערבוב‬
‫המימן עם האויר‪ ,‬אם המשורה מלאה מימן‪ ,‬הוא בוער בשקט‪ ,‬אם המשורה לא התמלאה‬
‫מימן (חתיכת הנתרן היתה קטנה מדי)‪ ,‬אז כאשר מוציאים אותה מהמים‪ ,‬יכנס אויר‬
‫ויתערבב עם המימן‪ ,‬בתנאים אלה הוא יידלק בקול "נביחה" ולא פיצוץ‪.‬‬
‫‪55‬‬
‫התגובה מס' ‪ :15‬התגובה בין מגניזיום עם אדי מים!‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫‪1 .1‬מבחנה רגילה‬
‫‪2 .2‬צמר גפן‬
‫‪3 .3‬מים‬
‫‪4 .4‬סרט מגניזיום‬
‫משקפי מגן!‬
‫‪5 .5‬מבער‬
‫‪6 .6‬אטב‬
‫‪7 .7‬פקק ‪ +‬צינור מתאים למבחנה‬
‫‪8 .8‬גפרורים או מצית‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬מכניסים חתיכת צמר גפן לתחתית המבחנה‪.‬‬
‫‪2 .2‬מוזגים מים למבחנה עד שהצמר גפן ספוג בהם‪.‬‬
‫‪56‬‬
‫‪1 .1‬למבחנה מכניסים חתיכת סרט המגנזיום‪ ,‬כאשר הוא נמצא בחלק העליון של המבחנה‪.‬‬
‫‪2 .2‬למבחנה מכניסים פקק שדרכו עובר צינור זכוכית‪.‬‬
‫‪3 .3‬מחממים את המים עד שקיטור מתחיל לצאת מהצינור (‪.)1‬‬
‫‪4 .4‬אחר כך‪ ,‬מחממים את המגנזיום עד שהוא מתחיל להתלקח בתוך זרם אדי המים (‪.)2‬‬
‫‪5 .5‬חזור לחמם את המים‪ ,‬בזמן בעירת המגנזיום‪.‬‬
‫‪57‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :16‬טיטרציה של חומצה חזקה (‪ )HCl‬עם בסיס חזק (‪)NaOH‬‬
‫הכלים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫בקבוק מדידה של ‪ 50‬מ"ל‬
‫פיפטה וולומטרית של ‪ 25‬מ"ל‬
‫ביורטה ‪ 50‬מ"ל‬
‫פיפטה‬
‫וולומטרית‬
‫כוס כימי של ‪ 100‬מ"ל‬
‫בקבוק לאחסון‬
‫ארלנמאירים בנפחים שונים‬
‫ביורטה‬
‫בקבוקי מדידה בנפחים שונים‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫‬
‫תמיסת ‪( HCl‬בריכוז לא ידוע)‬
‫תמסית ‪ NaOH‬בריכוז ‪0.02M‬‬
‫‬
‫פנול פתלאין‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫קביעת כמות בלתי ידועה של )‪HCl(aq‬‬
‫‪58‬‬
‫‪1 .1‬הכינו תמיסה מימית של הבסיס ‪ NaOH‬בריכוז של ‪ ,0.02M‬בבקבוק מדידה של ‪.50ml‬‬
‫‪2 .2‬מלאו את הביורטה בתמיסת הבסיס )‪ ,NaOH(aq‬קראו את הנפח ההתחלתי בדיוק מרבי‬
‫ורשמו אותו‪.‬‬
‫‪3 .3‬לתוך כוס כימי של ‪ 100‬מ"ל הוסיפו ‪ 20‬מ"ל מתמיסת ‪ HCl‬שריכוזה לא ידוע‪ ,‬והוסיפו‬
‫כמה טיפות של האינדקטור פנול פתאלין‪( .‬איזה צבע קיבלתם?)‪ ,‬מדדו את ה‪.pH-‬‬
‫‪4 .4‬טטרו באיטיות את החומצה עם תמיסת ה‪ NaOH(aq)-‬שבתוך הביורטה‪( .‬בכל טיטור רשמו‬
‫את שיני ה‪ )pH-‬סיום הטיטרציה מתאפיין בקבלת צבע ורוד‪-‬סגול‪.‬‬
‫‪5 .5‬חזרו על תהליך הטיטרציה לפחות פעמיים‪.‬‬
‫סיכום תוצאות‬
‫‪ .1‬רשמו את הריאקציה המתרחשת בזמן הטיטרציה‪.‬‬
‫רשמו את תוצאות הניסוי בטבלה הבאה וחשבו בעזרתן את ריכוז החומצה‪ .‬היעזרו בחישוביכם‬
‫בשתי הנוסחאות המרכזיות בכימיה כמותית‪( C = n/V, n = m/Mw :‬ריכוז מולרי)‪.‬‬
‫טיטרציה ‪1‬‬
‫טיטרציה ‪2‬‬
‫טיטרציה ‪3‬‬
‫נפח התמיסה המטוטרת‬
‫קריאה התחלתית של הנפח‬
‫בביורטה (מ"ל)‬
‫קריאה סופית של הנפח בביורטה‬
‫(מ"ל)‬
‫נפח הבסיס שנדרש לטיטרציה‬
‫(מ"ל)‬
‫מספר מולי ה‪NaOH(aq) -‬‬
‫מספר מולי ה‪HCl(aq)-‬‬
‫ריכוז מולרי של )‪HCl(aq‬‬
‫מספר מולי ה‪ HCl(aq) -‬שקיבלתם‬
‫כנעלם‬
‫ בשימוש בתוכנת ‪ ,Excell‬ציירו את עקומת הטיטרציה לפי התוצאות שלכם והראו את‬‫נקודת הסיום‪.‬‬
‫‪59‬‬
‫שאלות סיכום‬
‫‪1 .1‬מהי המשמעות של "נקודת‪-‬סיום‪-‬טיטרציה" מבחינת הריאקציה הכימית המאוזנת?‬
‫‪2 .2‬תארו את המבנה של האינדקטור פנול פתאלין בסביבה חומצית ובסביבה בסיסת‪.‬‬
‫‪60‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :17‬חומצות ובסיסים במטבח‬
‫מטרות הניסוי‪:‬‬
‫קביעה כמותית של חומצה על‪-‬ידי טיטרציה וולטמטרית‪.‬‬
‫רקע תיאורטי‪:‬‬
‫במעבדה זו אנו נלמד יותר לעומק את הנושא של חומצות ובסיסים‪ .‬ישנם מספר אופנים‬
‫שבהם ניתן להגדיר חומצות ובסיסים‪:‬‬
‫‪1 .1‬ההגדרה של ארהניוס ‪:Arrhenius‬‬
‫חומצות הן תרכובות שמתפרקות בסביבה מימית ונותנות יוני הידרוניום ‪ ,H3O+‬ובסיסים‬
‫הם תרכובות שמתפרקות במים ונותנות יוני הידרוקסיד ‪.OH-‬‬
‫דוגמא לחומצה על פי ארהניוס‪HCl :‬‬
‫)‪HCl(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + Cl-(aq‬‬
‫דוגמא לבסיס על פי ארהניוס‪NaOH :‬‬
‫)‪NaOH(aq) → Na+(aq) + OH-(aq‬‬
‫‪2 .2‬ההגדרה של ברונסטד ולאורי ‪:Brønsted-Lowry‬‬
‫חומצות הן תרכובות שמוסרות פרוטונים (‪ )proton donor‬ובסיסים הן תרכובות שמקבלות‬
‫פרוטונים (‪.)proton acceptor‬‬
‫דוגמא לחומצה ע"פ ברונסטד ולאורי‪HCl :‬‬
‫)‪HCl(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + Cl-(aq‬‬
‫דוגמא לבסיס ע"פ ברונסטד ולאורי‪NH3 :‬‬
‫)‪NH3(aq) + H2O(l)  NH4+(aq) + OH-(aq‬‬
‫‪61‬‬
‫‪1 .1‬ההגדרה של ‪:Lewis‬‬
‫חומצות הן תרכובות שמקבלות זוג אלקטרונים (‪ )electron-pair acceptor‬ובסיסים הם‬
‫תרכובות שמוסרות זוג אלקטרונים (‪.)electron-pair donor‬‬
‫דוגמא לחומצה‪/‬בסיס על פי לואיס‪:‬‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫‪B‬‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫‪A Lewis base‬‬
‫‪F‬‬
‫‪B‬‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫‪A Lewis acid‬‬
‫חומצות חזקות וחומצות חלשות‪:‬‬
‫נתמקד עתה בהגדרה של ארהניוס לחומצות שאומרת כי חומצות נותנות בסביבה מימית‬
‫יוני ‪ .H3O+‬חומצות שמתפרקות במים פירוק מלא נחשבות לחומצות חזקות ואלקטרוליטים‬
‫חזקים (אלקטרוליט חזק ‪ -‬תרכובת שבתמיסה מימית מתפרקת ליונים באופן מלא והיא‬
‫בעלת מוליכות גבוהה)‪ .‬כל מוליקולה של ‪( HCl‬חומצה חזקה) מתפרקת ונותנת יון ‪ H+‬אחד‬
‫ויון ‪ Cl-‬אחד‪ .‬ולכן‪ ,‬אם ריכוז ה‪ HCl -‬הוא ‪ 0.1M‬משמעו שריכוז יוני ה‪ H3O+ -‬במים יהיה‬
‫‪ 0.1M‬וכך גם עבור יוני ה‪ .Cl- -‬בתמיסה מימית ריכוז ה‪ HCl -‬הניטרלי שווה לאפס מכיוון‬
‫שכל המוליקולות התפרקו‪.‬‬
‫רב החומצות הידועות בכימיה אומנם הן חומצות חלשות או אלקטרוליטים חלשים‪.‬‬
‫בתמיסה מימית רק חלק מן המוליקולות עוברות יוניזציה או מתפרקות וחלק נשאר בצורת‬
‫מוליקולה ניטרלית‪ CH3COOH .‬חומצה אצטית או חומצת החומץ נחשבת לחומצה חלשה‪.‬‬
‫בתמיסה מימית בעלת ריכוז של ‪ 1.0M‬רק ‪ 5%‬מהמוליקולות מתפרקות והשאר נמצא בצורתו‬
‫הניטרלית‪.‬‬
‫בסיסים חזקים ובסיסים חלשים‪:‬‬
‫הבסיס במקביל הוא תרכובת שנותנת בתמיסה מימית יוני ‪ .OH-‬בסיסים חזקים הם בסיסים‬
‫שבמים מתפרקים פירוק מלא‪ .‬דוגמא‪.NaOH :‬‬
‫ישנם בסיסים שבתגובה עם מים יוצרים את יוני ה‪ .OH- -‬דוגמא‪ ,‬אמוניה גזית בערבוב עם‬
‫מים נותנת יון אמוניום ויון הידרוקסיד‪:‬‬
‫)‪NH4+(aq) + OH-(aq‬‬
‫)‪NH3(l) + H2O(l‬‬
‫רק חלק ממוליקולות האמוניה יוצרות במים יוני הידוקסיד והרב נשאר בצורתו הניטרלית‪.‬‬
‫אמוניה לכן נחשבת לבסיס חלש‪( .‬המוליקולות המתנהגות כמו אמוניה נחשבות לבסיסים‬
‫חלשים)‪.‬‬
‫‪62‬‬
‫הריאקציות בין חומצות ובסיסים‪:‬‬
‫הריאקציה בין חומצה לבסיס נקראת ריאקצית סתירה ‪ .neutralization‬בתמיסה מימית‬
‫החומצה מגיבה עם הבסיס ונותנת תרכובת יונית שנקראת מלח‪ .‬ברמה המאקרוסקופית‬
‫אנחנו לא יכולים לראות בעין את תגובת הסתירה ולכן אנו משתמשים באינדיקטורים‪.‬‬
‫טיטרציה‬
‫טיטרציה כאמור זוהי שיטת עבודה לקביעת ריכוז או כמות של חומר אחד באמצעות חומר‬
‫שני‪ .‬בשיטת עבודה זו מוסיפים (טיפה טיפה) תמיסה אחת של מטטר לתוך תמיסה אחרת‬
‫של מטוטר‪ ,‬עד להשגת נקודת סיום‪ .‬נקודת הסיום נקבעת בעזרת אינדקטורים המשנים את‬
‫צבעם קרוב מאוד לנקודה שבה כמות החומר הסטנדרטי (המטטר) אקוויוולנטית לכמות‬
‫החומר הנעלם‪ .‬נקודת הסיום של הטיטרציה איננה זהה בדיוק לנקודת הסיום התיאורטית‬
‫של התגובה ועל כן יש לבחור בכל טיטרציה אינדקטור מתאים שישנה את צבעו קרוב ככל‬
‫האפשר לנקודת הסיום האמיתית‪.‬‬
‫איך מבצעים טיטרציה?‬
‫המטרה של הטיטרציה היא לקבוע במדויק את הכמות של מגיב אחד הדרושה לסתירה‬
‫מלאה של המגיב השני‪ .‬לביצוע הטיטרציה הכלים הדרושים‪ :‬ביורטה‪ ,‬פיפטה וולומטרית‬
‫וארלנמאיר‪ ,‬והחומרים הדרושים הם‪ :‬תמיסה של מגיב ראשון‪ ,‬תמיסה של מגיב שני‬
‫ואינדיקטור‪.‬‬
‫שלבי הטיטרציה השונים הם כדלקמן‪:‬‬
‫‪ .‬אמודדים נפח מדויק של החומר שריכוזו נעלם‪( .‬נניח תמיסה של ‪ HCl‬בעלת ריכוז לא‬
‫ידוע) בעזרת פיפטה וולומטרית ומעבירים אותו לארלנמאיר‪ .‬מוסיפים מספר טיפות של‬
‫האינדיקטור (נניח פנול אדום)‪ .‬הצבע של התמיסה צריך להיות צהוב‪.‬‬
‫‪ .‬בלביורטה מכניסים את המגיב השני‪ ,‬שנקרא תמיד הטיטרנט (מטטר) ‪ .titrant‬נניח‬
‫שהטיטרנט הוא תמיסה של ‪ NaOH‬בעלת ריכוז ידוע‪.‬‬
‫‪ .‬גמטפטפים באיטיות את הטיטרנט לתמיסת הנעלם עד שרואים שינוי בצבע‪.‬‬
‫‪ .‬דרושמים את הנפח הנדרש עד לשינוי בצבע‪ .‬הנפח הזה הוא הנפח הדרוש לסתירה מלאה‬
‫של החומצה בבסיס‪.‬‬
‫‪63‬‬
‫עקומת טיטרציה‪:‬‬
‫עקומת הטיטרציה היא עקומה שמראה בציר אחד שלה (ציר ‪ )x‬את נפח הטיטרנט ובציר‬
‫השני שלה (ציר ‪ )y‬את ה‪ pH -‬של התמיסה המטוטרת (ציור ‪.)2‬‬
‫בגרף המוצג בציור ‪ 2‬הטיטרנט הוא הבסיס והמטוטר הוא החומצה‪.‬‬
‫בהתחלה ה‪ pH-‬של התמיסה נמוך מכיוון שהתמיסה חומצית (אזור ‪ )A‬מתחילים להוסיף‬
‫טיטרנט וה‪ pH -‬מתחיל לעלות‪ .‬בסביבות הנקודה האקויולנטית (אזור ‪ )B‬חלים שינויים‬
‫‪64‬‬
‫מאוד גדולים ב‪ pH -‬של התמיסה לאחר הנקודה האקויולנטית ה‪ pH -‬של התמיסה הוא‬
‫בסיסי (אזור ‪.)C‬‬
‫דוגמא מספרית‪:‬‬
‫מהו הנפח של תמיסת ‪ NaOH‬בריכוז ‪ 1.0M‬הדרוש לסתירה של ‪ 20.0‬מ"ל של תמיסת ‪HCl‬‬
‫בריכוז ‪?0.5M‬‬
‫פתרון‪:‬‬
‫הריאקציה בין שני המוגבים היא הראקציה הבאה‪:‬‬
‫)‪NaOH(aq) + HCl(aq) → H2O(l) + NaCl(aq‬‬
‫לפי ריאקציה זו‪ 1.0 ,‬מול של ‪ NaOH‬מגיבים עם ‪ 1.0‬מול של ‪ HCl‬ונותנים ‪1.0‬מול של מים‬
‫ו‪1.0-‬מול של נתרן כלורי‪.‬‬
‫כדי לפתור את השאלה צריכים לחשב את מספר המולים של ‪:HCl‬‬
‫)‪N (moles) = V (volume in lit) * C (concentration in M‬‬
‫)‪N (HCl) = 0.02 lit (HCl) * 0.5 mol/lit (HCl‬‬
‫‪N (HCl) = 0.01 mol‬‬
‫‪N (HCl) : N (NaOH) = 1 : 1‬‬
‫‪N (NaOH) = 0.01 mol‬‬
‫‪C (NaOH) = 1.0 M‬‬
‫)‪N (NaOH) / C (NaOH) = V (NaOH‬‬
‫‪V (NaOH) = 0.01 mol / 1.0 mol/lit = 0.01 lit = 10.0 mL‬‬
‫הנפח של תמיסת ‪ NaOH‬בריכוז ‪ 1.0M‬הדרוש לסתירה של ‪ 20.0‬מ"ל של תמיסת ‪ HCl‬בריכוז‬
‫‪ 0.5M‬הוא ‪ 10.0‬מ"ל‪.‬‬
‫שאלות‪:‬‬
‫‪1 .1‬מה הוא הנפח של תמיסת ‪ NaOH‬בריכוז ‪ 0.2010M‬הדרוש לסתירה של ‪ 20.0‬מ"ל של‬
‫תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪?0.1030M‬‬
‫‪2 .2‬מה הוא הנפח של תמיסת ‪ HBr‬בריכוז ‪ 0.01060M‬הדרוש לסתירה של ‪ 25.0‬מ"ל של‬
‫תמיסת ‪ Ba(OH)2‬בריכוז ‪?0.01580M‬‬
‫‪65‬‬
‫‪3 .3‬מה הוא ריכוז תמיסת האמוניה אם נדרשו ‪ 25.0‬מ"ל תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪ 0.1M‬לסתירה‬
‫של ‪ 20.0‬מ"ל ממנה?‬
‫הערה חשובה‪:‬‬
‫הבסיס )‪ NaOH(aq‬הוא חומר היגרוסקופי (סופח מים) ולכן קשה לשקול אותו במדויק‬
‫כחומר יבש‪ .‬זאת גם הסיבה לכך שקשה להכין תמיסה שלו בריכוז מדויק‪.‬‬
‫בד"כ כדי לקבל אותו בריכוז ידוע‪ ,‬משתמשים במוצק לא היגרוסקופי שהוא חומר נוח‬
‫לעבודה מדויקת‪ .‬אשלגן בי‪-‬פתלאט (חומצה) הוא חומר כזה ולכן מתאים לצורך כיול‪.‬‬
‫חומצות ובסיסים במטבח!‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬להמחיש שמדע נמצא בסביבנו אפילו בבית!‬
‫‪2 .2‬להכיר את התכונות הכימיות של חומרים שונים בבית‪.‬‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬כרוב אדום‬
‫‪2 .2‬כוס מים מזוקקים‬
‫‪3 .3‬חצי כוס חומץ‬
‫‪4 .4‬כפית אבקת סודה לשתייה‬
‫חלק א‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬מלאו שתי כוסות בכרוב אדום חתוך לקוביות קטנות‪ ,‬שפכו את התכולה לכוס כימית‬
‫בנפח של ‪ 250‬מ"ל‪ ,‬והוסיפו מים רותחים‪ .‬ערבבו קצת עד שהמים נצבע!‬
‫‪2 .2‬מלאו כוס שקופה ב‪ ½ -‬כוס חומץ והוסיפו לה כפית מנוזל הכרוב‪ .‬ערבבו את התערובת‬
‫ושימו לב לצבע הנוצר‪ .‬זה הצבע שמתקבל כשמערבבים צבע של כרוב אדום עם חומצה‪.‬‬
‫שמרו על הכוס ותוכנה‪.‬‬
‫‪66‬‬
‫‪3 .3‬מלאו חצי כוס שקופה במים והוסיפו כפית אבקת סודה לשתייה‪ .‬ערבבו עד שהאבקה‬
‫תיעלם והוסיפו כפית מנוזל הכרוב‪ .‬רשמו מה הצבע שהתקבל‪.‬‬
‫מה קורה?‬
‫תמצית כרוב אדום יכולה לסמן אם חומר הוא חומצה או בסיס‪ .‬בנוסף לזאת‪ ,‬יכול צבעה‬
‫המשתנה של התמצית להצביע על דרגת החומציות או הבסיסיות‪ .‬כימאים נעזרים בסולם‬
‫של חומציות לציון דרגת חומציותו או בסיסיותו של חומר מסוים‪ .‬פחות מערך ‪ 7‬בסולם‬
‫מעיד על חומר חומצי וככל שהמספר קטן יותר‪ ,‬כך דרגת החומציות גבוהה יותר‪ .‬מעל ערך ‪7‬‬
‫בסולם וגבוה יותר‪ ,‬מעידים על עלייה בדרגת הבסיסיות‪ .‬תמצית כרוב אדום מקבלת צבעים‬
‫שונים בהתאם לערכי החומציות המתווספים לה‪:‬‬
‫השתמשו בטבלה ובתמיסת הכרוב האדום למדוד את דרגת החומציות של מוצרים נוספים‪:‬‬
‫מיץ לימון‪ ,‬ספרייט‪ ,‬חלב‪ .‬ניתן גם לבדוק חומרים מוצקים בדומה לאבקת הסודה לשתייה על‬
‫ידי המסתם במים תחילה‪ .‬בין המוצרים‪ :‬כפית סוכר‪ ,‬כפית מלח שולחן וכדומה‪.‬‬
‫חלק ב‪:‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הכן תמיסה מימית של אבקת סודה לשתייה (‪ )NaHCO3‬בריכוז של ‪ ,0.1M‬ושפוך אותה‬
‫לתוך ביורטה‪.‬‬
‫‪2 .2‬לתוך כוס כימית הוסף ‪ 50‬מ"ל חומץ‪ ,‬וטפטף כמה טיפות של מי כרוב‪.‬‬
‫‪3 .3‬התחל לטטר החומץ ע"י תמיסת אבקת סודה לשתייה‪ ,‬המשך עד שמתקבל שינוי צבע‪.‬‬
‫רשום את תצפיותיך?‬
‫‪4 .4‬לפניך ארלנמייר‪ ,‬בלון‪ ,‬אבקת סודה לשתיה וחומץ‪ ,‬הצע דרך חילופית לניפוח הבלון‬
‫בשימוש בחומרים שלפניך‪.........‬‬
‫תצפיות ושאלות‪:‬‬
‫‪1 .1‬איזה חומצה מכיל החומץ לדעתך?‬
‫‪2 .2‬כתוב תגובה כימית מאוזנת לתהליך‪.‬‬
‫‪3 .3‬חשב אחוז החומצה בחומץ (אחוז מסה)‪ ,‬והשוה בין הערך שקיבלת לערך שרשום על‬
‫הבקבוק‪.‬‬
‫‪67‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :18‬הידרוליזת צבעים‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הכן תמיסה ניטרלית של האנדקטור ברומו‪-‬תימול כחול (‪ 100‬מ"ל‪ ,‬ודאג שצבע התמיסה‬
‫יהיה ירוק)‪.‬‬
‫‪2 .2‬בנה את המערכת שמתוארת למטה‪:‬‬
‫ברומו‪-‬תימול כחול‬
‫‪3 .3‬הוסף ‪ 5‬גרם ‪ (NH4)2SO4‬לתוך בקבוק היניקה ‪ B‬שמכיל תמיסת האנדקטור ‪ .A‬בקבוק‬
‫היניקה מחובר לצינור גומי שבקצה השני שלו מחובר משפך בתוך כוס המכילה את‬
‫תמיסת האנדקטור הירוקה‪.‬‬
‫‪4 .4‬החזק היטב את בקבוק היניקה ‪,‬סגור אותו והתחל לחמם את התמיסה שבתוכו עד‬
‫שרואים שינויי צבעים‪.‬‬
‫הריאקציות שמתרחשות במהלך החימום הן כדלקמן‪:‬‬
‫‪1 .1‬הידרוליזה של המלח ‪: (NH4)2SO4‬‬
‫)‪(NH4)2SO4(aq) → 2NH4+(aq) + SO42-(aq‬‬
‫)‪NH3(aq) + H3O+(aq‬‬
‫‪NH4+(aq) + H2O‬‬
‫‪2 .2‬כאשר מחממים את התמיסה‪ ,‬מקבלים אמוניה במצב גזי‪:‬‬
‫מים ‪NH3(aq) → NH3(g) +‬‬
‫‪3 .3‬האמוניה הגזית מתמוססת במים‪ ,‬כדלקמן‪:‬‬
‫)‪NH4+(aq) + HO-(aq‬‬
‫‪68‬‬
‫‪NH3(g) + H2O‬‬
‫תגובות בין‪:‬‬
‫‪ NH3(g) .1‬ו‪HCl(g) -‬‬
‫‪ HCl(g) .2‬ו‪H2O(l) -‬‬
‫‪NH3(g) u- H2O(l) .3‬‬
‫‪ .1‬הרכיבו את המערכת כפי שמתואר באיור הבא‪:‬‬
‫אחרי שמאפשרים ערבוב של שני הגזים‪....‬ענה על השאלות הבאות‪:‬‬
‫‪1 .1‬במה מבחינים באיזור ג?‬
‫‪2 .2‬מה קורה לבוכנות? ומדוע?‬
‫‪3 .3‬האם חל שינוי בטמפרטורה?‬
‫‪4 .4‬בתגובה בין )‪ NH3(g‬ו‪ HCl(g) -‬נוצר עשן לבן‪ ,‬ו‪ .NH4Cl(s) -‬רשום את ניסוח התגובה‪.‬‬
‫‪5 .5‬התרכובת הנוצרת היא יונית (מוצקה)‪ ,‬האניון הוא ‪ ,Cl-‬רשום את נוסחת הקטיון‪.‬‬
‫‪6 .6‬כיצד נוצר יון זה בזמן התגובה?‬
‫(א) רשום ‪ δ+‬ו‪ δ- -‬על האטומים המתאימים‪:‬‬
‫‪69‬‬
‫(ב) כדי ליצור יון ‪ ,NH4+‬מה קרה‪ ,‬לדעתך‪ ,‬לאטום ה‪ H-‬ולאלקטרונים בקשר בינו לבין אטום‬
‫ה‪ ?Cl -‬הסבר‪.‬‬
‫‪2 .2‬הרכיבו את המערכת כפי שמתואר באיור הבא‪:‬‬
‫בניסוי זה נוצר )‪ .HCl(aq‬איפה הוא מופיע בציור?‬
‫מה קורה לבוכנה? מדוע?‬
‫נבדוק את המוליכות החשמלית של "א"‪ HCl(aq) ,‬הוא אלקטרוליט חזק‪.‬‬
‫כיצד נוצרו היונים בזמן התגובה?‬
‫(א) רשום ‪ δ+‬ו‪ δ- -‬על האטומים המתאימים‪:‬‬
‫(ב) כיצד מולקולות )‪ H2‬ו‪ HCl -‬עשויות להסתדר כדי להגיב זו עם זו? בהנחה שה‪ HCl -‬מגיב‬
‫באופן דומה לתגובתו עם ‪ ,NH3‬וה‪ H2O -‬מתנהג כמו ‪:NH3‬‬
‫‪3 .3‬הרכיבו את המערכת כפי שמתואר באיור הבא‪:‬‬
‫בניסוי זה נוצר )‪( ,NH3(aq‬אלקטרוליט חלש) איפה הוא מופיע בציור?‬
‫כיצד נוצרו היונים בזמן התגובה?‬
‫נסח את התגובה באופן מלא‪.‬‬
‫‪70‬‬
‫‪4 .4‬זיהוי יוני ‪ NH4+‬בתרכובות שונות‬
‫קבל מהמדריך אחד מהמלחים שבטבלה לפניך‪.‬‬
‫‪(NH4)H2PO4‬‬
‫חד‪-‬אמון זרחתי‬
‫‪(NH4)2HPO4‬‬
‫‪NH4CNS‬‬
‫דן‪-‬אמון זרחתי אמון תיוציאנאט‬
‫‪(NH4)2SO4‬‬
‫אמון גופרתי‬
‫‪NH4NO3‬‬
‫אמון חנקתי‬
‫‪NH4Cl‬‬
‫אמון כלורי‬
‫ ‪-‬מתחת לכל חומר רשום את היונים שמורכבים ממנו‪.‬‬‫ ‪-‬בנוסף קבל את החומר היוני‪ ,‬סידן הידרוקסידי )‪ ,Ca(OH)2(s‬אילו יונים הוא מכיל?‬‫ ‪-‬עתה‪ ,‬כך כמה גרגירי מלח האמון שקיבלת‪ ,‬וכמה גרגירי סידן הידרוקסידי‪ ,‬וכתוש אותם‬‫ביחד‪ ,‬האם אתה מבחין בריח אופייני? אם כן‪ ,‬של איזה חומר לדעתך?‬
‫השלם את ניסוח התגובה‪:‬‬
‫)‪-------------(g) + -------------(l‬‬
‫מי החומצה‪ ,‬ומי הבסיס בתגובה זו?‬
‫‪5 .5‬הכנת גזים חומציים ובסיסיים !‬
‫‪ 5.1‬הכנת גז האמוניה ‪NH3‬‬
‫הרכיבו את המערכת כפי שמתואר באיור הבא‪:‬‬
‫‪71‬‬
‫‪NH4+ + OH-‬‬
‫חממו )‪ (NH4)2HPO4(s‬או )‪:(NH4)H2PO4(s‬‬
‫קבלת גז האמוניה הוא לפי הריאקציות הבאות‪:‬‬
‫)‪Heat + (NH4)2HPO4(s‬‬
‫)‪Heat + (NH4)H2PO4(s‬‬
‫)‪2NH3(g) + H3PO4(l‬‬
‫)‪NH3(g) + H3PO4(l‬‬
‫‪ 5.2‬הכנת מימן כלורי ‪HCl‬‬
‫שיטה ‪:1‬‬
‫הרכיבו את המערכת כפי שמתוארת באיור הבא‪:‬‬
‫חממו תערובת של )‪ NaHSO4(s‬ו‪:NaCl(s) -‬‬
‫קבלת גז ‪ HCl‬הוא לפי הריאקציות הבאות‪:‬‬
‫)‪HCl(g) + Na2SO4(s‬‬
‫)‪NaHSO4(s) + NaCl(s‬‬
‫שיטה ‪:2‬‬
‫הרכיבו את המערכת כפי שמתוארת באיור הבא‪:‬‬
‫‪72‬‬
‫ הוסיפו )‪ H2SO4 (98%‬מרוכזת‪ ,‬ל‪.NaCl(s) -‬‬‫קבלת גז ‪ HCl‬הוא לפי הריאקציות הבאות‪:‬‬
‫)‪+ NaHSO4(s‬‬
‫)‪HCl(g‬‬
‫)‪H2SO4 + NaCl(s‬‬
‫שאלות סיכום‪:‬‬
‫‪1 .1‬בהכנת )‪ ,NH3(g‬מי מתנהג כחומצה ומי כבסיס?‬
‫‪2 .2‬בהכנת )‪( ,HCl(g‬שיטה ‪ ,)1‬מי מתנהג כחומצה ומי כבסיס?‬
‫‪3 .3‬בהכנת )‪( ,HCl(g‬שיטה ‪ ,)1‬מי מתנהג כחומצה ומי כבסיס?‬
‫‪73‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :19‬הכנה וכיול של ‪NaOH‬‬
‫למים יש יכולת לנתק קשרים קוטביים במולקולות של חומרים המומסים בתוכם‪ .‬תכונה‬
‫זו של המים באה לידי ביטוי בכך שמולקולות המים עצמן עוברות תהליך של יינון עצמי‬
‫ומקיימות שיווי משקל עם יוני הידרוניום ויוני הידרוכסיל לפי המשוואה הבאה‪:‬‬
‫‪2H2O ↔ H3O+ + OH‬‬‫על שיווי משקל זה של המים מבוססת הגדרת חומצות ובסיסים בתמיסות מימיות‪ ,‬בה נדון‬
‫להלן‪ .‬יצוין כי המושג של חומצות ובסיסים הוא רחב ביותר ואינו מוגבל דווקא לתמיסות‬
‫מימיות‪ .‬קבוע שיווי המשקל לפרוק המים הוא‪:‬‬
‫]‪[H3O+][OH-‬‬
‫______________ = ‪1. Keq‬‬
‫‪[H2O]2‬‬
‫מידת הפרוק של המים ליונים זעומה‪ ,‬לכן הריכוז המולרי הגבוה של המים (‪ )55.55M‬נשאר‬
‫למעשה קבוע ומכאן ניתן להגדיר קבוע חדש ‪ Kw‬המכיל בתוכו ריכוז זה ‪:‬‬
‫]‪2. Kw = Keq . [H2O]2 = [H3O+][OH-‬‬
‫ממדידות הולכה נמצא ‪:‬‬
‫)‪Kw = 10-14(25°C‬‬
‫מתהליך יינון המים נובע שבמים נייטרליים ריכוז יוני ההידרוניום שווה לריכוז יוני‬
‫ההידרוכסיל ולכן קיים‪:‬‬
‫‪3. [H3O+] = [OH-] = 10-7M‬‬
‫כאשר המים מכילים ריכוז ‪ [H3O+] > 10-7M‬כתוצאה מהוספת חומר התורם פרוטונים‬
‫לתמיסה (חומצה) הרי אז ‪( [OH-] < 10-7M‬מדוע?) והתמיסה מוגדרת כחומצית‪ ,‬ובדומה‪,‬‬
‫כאשר ‪ [OH-] > 10-7M‬התמיסה בסיסית‪.‬‬
‫‪74‬‬
‫השימוש בריכוזים כה נמוכים הוא מסורבל ולכן משתמשים ביחידות לוגריתמיות בצורה‬
‫הבאה ‪:‬‬
‫]‪4. pH = -log[H+‬‬
‫]‪5. pOH = -log[OH-‬‬
‫ולפי גודלו של ‪ Kw‬ב‪:)25°C( -‬‬
‫‪6. pH + pOH = 14‬‬
‫ובמים טהורים קיים ‪.pH=7‬‬
‫(חשב את ה‪ pH -‬של אתאנול טהור‪ ,‬אשר קבוע הפרוק שלו הוא ‪.( Keth. = 3×10-20‬‬
‫אלקטרוליט התורם יוני ‪ H+‬לתמיסה מוגדר כחומצה ואילו בסיס זהו אלקטרוליט המתקשר‬
‫עם יוני מימן‪ .‬חומצה או בסיס מוגדרים כחזקים או חלשים בהתאם למידת הפרוק שלהם‬
‫ליונים במים‪.‬‬
‫ריכוז יוני ‪ H3O+‬או ‪ OH-‬בתמיסת חומצה או בסיס חלשים תלוי בקבוע שווי המשקל של‬
‫החומצה או הבסיס ואיננו יחסי ישר לריכוז התמיסה‪ ,‬כמו בחומצה או בסיס חזקים‪ .‬לדוגמה‪:‬‬
‫‪ - HCl + H2O → H3O+ + Cl‬חומצה חזקה‬‫‪ - CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO‬חומצה חלשה‬‫]‪[H3O+][CH3COO-‬‬
‫________________ = ‪7. Ka‬‬
‫]‪[CH3COOH‬‬
‫מלחי חומצות חלשות הם אלקטרוליטים חזקים ובהתמוססם במים מתקבל אניון החומצה‬
‫החלשה‪ ,‬הנוטה להתקשר עם פרוטון מהמים ליצירת החומצה‪ .‬נטייה זו חזקה יותר ככל‬
‫שקבוע הפרוק של החומצה קטן יותר (מדוע?)‪ .‬תופעה זאת קרויה הידרוליזה‪.‬‬
‫לדוגמה‪:‬‬
‫‪CH3COO- + H2O ↔ CH3COOH + OH-‬‬
‫קבוע ההידרוליזה הוא‪:‬‬
‫‪[OH-] [CH3COOH] Kw‬‬
‫____ = ________________ = ‪8. Kh‬‬
‫‪Ka‬‬
‫]‪[CH3COO-‬‬
‫מובן שתופעת ההידרוליזה שתוארה לעיל קיימת גם במלחי בסיסים חלשים‪.‬‬
‫נדון עתה בתכונות של תמיסה המכילה חומצה חלשה ואת המלח שלה (או בסיס חלש והמלח‬
‫‪75‬‬
‫שלו)‪ ,‬כלומר תערובת של אלקטרוליט חלש ואלקטרוליט חזק בעלי אניון או קטיון משותף‪.‬‬
‫הריכוזים היחסיים של החומצה והמלח שלה קובעים את ‪ pH‬התמיסה בהתאם לקבוע שיווי‬
‫המשקל של החומצה החלשה‪ .‬זאת ניתן להמחיש על ידי כתיבת משוואה ‪ 7‬בדרך הבאה‪:‬‬
‫]‪[CH3COOH‬‬
‫____________ ‪[H3O+] = Ka‬‬
‫]‪[CH3COO-‬‬
‫או ‪:‬‬
‫]‪[CH3COO-‬‬
‫____________ ‪9. pH = pKa + log‬‬
‫]‪[CH3COOH‬‬
‫ממשוואה ‪ 9‬ניתן לראות ששינוי ה‪ pH -‬ביחידה אחת ייגרם ע"י שינוי יחס הריכוזים פי ‪,10‬‬
‫כלומר שינוי קטן יותר ביחסי הריכוזים לא יגרום לשינוי גדול ב‪ pH -‬התמיסה‪ .‬תמיסה כזו‬
‫נקראת תמיסת מגן (‪ )buffer solution‬בגלל יכולתה לשמור על ‪ pH‬קבוע גם כאשר מוסיפים‬
‫לתמיסה כמויות קטנות יחסית של חומצה או בסיס (כיצד‪ ,‬לדעתך‪ ,‬ישפיע מיהול תמיסת‬
‫המגן על ה‪ pH -‬שלה?)‪.‬‬
‫תגובות הסתירה בין חומצות ובסיסים (ליצירת מים ומלח) הן מהירות מאד ולכן ניתן לנצלן‬
‫לקביעות כמותיות של האחד ע"י טיטרציה בתמיסה מכוילת של השני‪.‬‬
‫במהלך הטיטרציות של חומצות ובסיסים חלים שינויים ב‪ pH -‬התמיסה ועם סיום התגובה‬
‫חל שינוי חד מ‪ pH -‬בתחום אחד ל‪ pH -‬בתחום אחר‪ .‬כבכל טיטרציה‪ ,‬גם כאן חשובה ביותר‬
‫קביעת נקודת הסיום הנעשית באמצעות אינדיקטור‪ ,‬שהוא עצמו חומצה או בסיס חלש‪,‬‬
‫המשנה את צבעו בתחום ‪ pH‬צר‪ .‬לכן יש לבחור את האינדיקטור לפי קבוע שווי המשקל‬
‫שלו כך שצבעו ישתנה ב‪ pH -‬בו מסתיימת הטיטרציה (בדומה לטיטרציות שיקוע‪ ,‬בהן נבחר‬
‫האינדיקטור בהתאם ל‪ Ksp -‬שלו כך‪ ,‬שהוא ישקע בגמר השיקוע של החומר הנקבע)‪.‬‬
‫קיומה של תופעת ההיד רוליזה מאפשר גם קביעות כמותיות של מלחי החומצות והבסיסים‬
‫החלשים בדרך דומה‪.‬‬
‫טיטרציות חומצה בסיס מימיות‪ :‬הכנה וכיול ויזואלי של תמיסת ‪NaOH‬‬
‫ ‪-‬שטוף בקבוק פוליאתילן בנפח ‪ 1‬ליטר‪ .‬ודא שאין בו סדקים או נזילות‪.‬‬‫ ‪-‬רשום עליו את שמך‪ ,‬ואת קבוצת המעבדה אליה אתה שייך‪.‬‬‫‪76‬‬
‫ ‪-‬שקול כ‪ 4.5 -‬גרם גרגרי ‪( NaOH‬במאזניים רגילים) בתוך כוס בנפח ‪ 250‬מ"ל (אין לגעת‬‫בגרגרים בידיים חשופות)‪.‬‬
‫ ‪-‬שטוף את הגרגרים במעט מים מזוקקים ושפוך את הנוזל (מדוע מבצעים פעולה זו?)‪.‬‬‫ ‪-‬הכן כ‪ 1 -‬ליטר מים מזוקקים (מדוד במשורה או כוס גדולה)‪ .‬המס בהדרגה את הגרגרים‬‫והעבר את הנוזל לבקבוק פוליאתילן; נער היטב‪ .‬סגור את הבקבוק‪ .‬נער אותו לפני כל‬
‫שימוש בתמיסה‪ ,‬וסגור מיד‪.‬‬
‫ ‪-‬שקול בשקילה הפרשית כ‪ 450 -‬מ"ג חומצת אשלגן פתלטי ‪( (KHP) C8H5O4K‬מהי נוסחת‬‫המבנה שלו?) והעבר לארלנמאייר בנפח ‪ 250‬מ"ל‪.‬‬
‫ ‪-‬הוסף כ‪ 100 -‬מ"ל מים וכ‪ 3 -‬טיפות תמיסת האינדיקטור פנולפתלאין‪.‬‬‫ ‪-‬מלא ביורטה בתמיסת ‪ NaOH‬שהכנת‪.‬‬‫ ‪-‬טטר את חומצת האשלגן הפתלטי בתמיסת ה‪ NaOH -‬עד לקבלת גוון ורוד חלש‪ ,‬שאינו‬‫נעלם במשך כ‪ 30 -‬שניות‪.‬‬
‫ ‪-‬בדוק האם תמיסת ה‪ NaOH -‬שהכנת בתחום הריכוזים הרצוי )‪ (0.09-0.11M‬בדיוק של‬‫‪ 4‬ספרות אחרי הנקודה‪ .‬אם הריכוז חורג מתחום זה‪ ,‬פנה למדריך! אם לא‪ ,‬בצע טטרציה‬
‫וויזואלית נוספת‪ ,‬עד שאחוז הסטיה בין שתי טיטרציות* אינו עולה על ‪.0.5%‬‬
‫חשב את הריכוז המולרי של תמיסת ה‪ NaOH -‬שהכנת לפי הטיטרציה הויזואלית‪.‬‬
‫* חישוב אחוזי סטיה בין שתי תוצאות‪:‬‬
‫א‪ .‬חישוב אחוזי סטיה בין שתי תוצאות נסיוניות‪:X1>X2; X1, X2 ,‬‬
‫‪X1 − X 2‬‬
‫‪× 100‬‬
‫‪X2‬‬
‫= ‪% error‬‬
‫ב‪ .‬חישוב אחוזי סטיה בין תוצאה נסיוניות‪ Xexp ,‬ותוצאה "אמיתית"‪( X,‬ללא קשר מה גדול‬
‫ממה!)‪:‬‬
‫‪× 100‬‬
‫‪X − X exp‬‬
‫‪X‬‬
‫= ‪% error‬‬
‫השימוש ב‪pH meter -‬‬
‫מד ‪ pH‬הינו מכשיר אלקטרוני המודד את ‪ pH‬התמיסה ע"י מדידת המתח החשמלי בין‬
‫אלקטרודת ייחוס ואלקטרודת אינדיקטור מיוחדת‪ ,‬בעלת גולת זכוכית דקה בקצה‪ .‬ברוב‬
‫המקרים‪ ,‬כמו בניסוי שתבצע היום‪ ,‬משתמשים באלקטרודה משולבת‪ ,‬המכילה אלקטרודת‬
‫‪77‬‬
‫ייחוס מסוג ‪ ,Ag/AgCl‬בעלת פוטנציאל קבוע‪ ,‬ואלקטרודת אינדיקטור‪ ,‬אשר רגישה לשינוי‬
‫ריכוז יון המימן בתמיסה מימית‪ ,‬באותו מבנה זכוכית‪.‬‬
‫מבנה אלקטרודת זכוכית‪:‬‬
‫קצה האלקטרודה מוגן במכסה פלסטיק‪ ,‬השומר על אלקטרודת הזכוכית העדינה‪.‬‬
‫במעבדה תשתמש במד ‪ pH‬תוצרת ‪ Eutech‬מדגם ‪:PH510‬‬
‫‪78‬‬
‫כללי‬
‫מכשיר ה‪ PH510 -‬קורא ומציג ערכי ‪ pH‬וטמפרטורה‪ ,‬או ‪ mV‬וטמפרטורה‪.‬‬
‫הוא מופעל ע"י ספק מתח ישר ומסופק עם מעמד אינטגרלי לאלקטרודה ולגשש הטמפרטורה‪.‬‬
‫חיבורים לפני הפעלה‬
‫ ‪-‬אלקטרודת ה‪ pH -‬מתחברת לשקע ‪ INPUT‬בגב המכשיר‪.‬‬‫ ‪-‬גשש הטמפרטורה מתחבר לשקע ‪ ATC‬בגב המכשיר‪.‬‬‫ ‪-‬ספק המתח מתחבר למחבר ‪ DC‬בגב המכשיר‪.‬‬‫כיול ‪pH‬‬
‫המכשיר מכיר מערכת של ‪ 3‬בופרים ומאפשר כיול של עד ‪ 3‬נקודות‪.pH 4,7,10 :‬‬
‫המכשיר מזהה אוטומטית את הבופרים שבשימוש‪.‬‬
‫עם הכניסה למצב כיול יופיעו בצג כיתוב ‪ CAL‬למעלה וציור של כוסית דגימה משמאל למטה‪.‬‬
‫כיול לשתי נקודות (‪:)pH 4,7‬‬
‫‪1 .1‬הדלק את המכשיר ע"י לחצן ‪.On/Off‬‬
‫‪2 .2‬הוצא את האלקטרודה מתמיסת האחסון ושטוף אותה היטב במים מזוקקים‪ .‬אל תיגע‪,‬‬
‫תשפשף או תפגע בממברנות הזכוכית הדקיקה שבקצה האלקטרודה ואל תגע בה בתחתית‬
‫הכלי‪.‬‬
‫‪3 .3‬טבול את האלקטרודה וגשש הטמפרטורה בתמיסת מגן ‪ ,pH=7‬ערבב קלות‪.‬‬
‫‪4 .4‬לחץ על כפתור ‪ ;Cal/Meas‬בתצוגה יופיעו ‪ CAL‬ו‪ 2 -‬מספרים‪ :‬העליון מראה את קריאת‬
‫האלקטרודה והתחתון מראה את הערך הנומינלי של הבופר (‪ .)7.00‬המתן להתיצבות‬
‫הקריאה (יופיע כיתוב ‪ Ready‬מצד שמאל למעלה בתצוגה) ולחץ ‪ Enter‬לאישור – המספר‬
‫העליון יהבהב למשך כמה שניות והמכשיר יעבור לבופר הבא‪.‬‬
‫‪5 .5‬שטוף את האלקטרודה וגשש הטמפרטורה במים מזוקקים‪.‬‬
‫‪6 .6‬העבר את האלקטרודה וגשש הטמפרטורה לתמיסת מגן ‪ ,pH=4‬ערבב קלות‪ ,‬המתן‬
‫לקבלת ‪ Ready‬בתצוגה ולחץ ‪ Enter‬לאישור‪.‬‬
‫‪7 .7‬לחץ על כפתור ‪ Cal/Meas‬למעבר למצב מדידת ‪.pH‬‬
‫כיול פוטנציומטרי של תמיסת ‪NaOH‬‬
‫ ‪-‬שקול בשקילה הפרשית שתי מנות של כ‪ 450 -‬מ"ג ‪ KHP‬והעבירן לכוסות בנפח ‪ 250‬מ"ל‪.‬‬‫‪79‬‬
‫ ‪ --‬הוסף כ‪ 100 -‬מ"ל מים‪.‬‬‫ ‪ --‬כייל ‪.pH-meter‬‬‫ ‪ --‬הצב את הכוס על בוחש מגנטי והפעילו לבחישה אחידה‪.‬‬‫ ‪ --‬טטר בעזרת תמיסת ה‪ ;NaOH -‬הוסף מנות של ‪ 1.0‬מ"ל וקבע את תחום הקפיצה‬‫בעקום הטיטרציה‪.‬‬
‫ ‪ --‬חזור על הטיטרציה פעמיים‪ ,‬כאשר בסביבת הקפיצה הוסיף ‪ NaOH‬במנות של ‪ 0.1‬מ"ל‪.‬‬‫המשך לטטר גם מעבר לקפיצה‪.‬‬
‫ ‪-‬‬‫ ‪-‬צייר עקום טיטרציה (‪ pH‬כפונקציה של מ"ל ‪ )NaOH‬עבור הטיטרציה השניה‪.‬‬‫ ‪-‬צייר עקום נגזרת (‪ ∆pH/∆ml‬כפונקציה של מ"ל ממוצע ‪ )NaOH‬עבור אותה הטיטרציה‪.‬‬‫ ‪-‬חשב את הריכוז המולרי של תמיסת ה‪ NaOH -‬שהכנת (פעם מתוצאת הטיטרציה‬‫הויזואלית ופעם מתוצאת הטיטרציה הפוטנציומטרית)‪.‬‬
‫ ‪-‬חשב אחוז סטיה בין שתי התוצאות‪ ,‬ודון בהבדלים‪.‬‬‫ ‪-‬קבע את ריכוז ה ‪ NaOH -‬לפי תוצאות הטיטרציה הפוטנציומטרית העדינה‪ ,‬והשתמש‬‫בו לחישוביך‪.‬‬
‫‪80‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :20‬הכנת תמיסות מימיות של הצבע מתילן בלו ומיהולן‬
‫חלק ניכר מהקביעות האנליטיות מתבצע בתמיסות ולכן חשוב לדעת להכינן‪ ,‬להגדירן‬
‫כמותית ולבצע את החישובים התואמים‪.‬‬
‫תמיסות הן מערכות הומוגניות ונוח להגדירן כמותית באמצעות יחידות ריכוז (ולא רק על‬
‫ידי גדלים כמשקל או נפח)‪ .‬ריכוז‪ ,‬בדומה לצפיפות וחום סגולי‪ ,‬הוא גודל המבטא תכונה‬
‫פנימית (אינטרינסית) של התמיסה ‪ -‬אינו משתנה עם חלוקת התמיסה ולחלקים (שלא כמו‬
‫משקל ונפח)‪.‬‬
‫בניסוי זה‪ ,‬נכין תמיסות על ידי מיהול תמיסה מרוכזת‪ ,‬תוך שימוש בכלים וולומטריים‬
‫(פיפטה ובקבוק כיול) להכנת ריכוזים מדויקים‪.‬‬
‫‪Methylene Blue,M.W: 373.90 gr/mol‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫מטרת ניסוי זה היא לימוד נושא התמיסות והכנתן‪.‬‬
‫נבדוק מהו הריכוז הנמוך ביותר של תמיסת מתילן בלו שהעין יכולה להבחין בו‪.‬‬
‫‪1 .1‬לרשותך תמיסת מתילן בלו בריכוז ‪.gr/L 0.1‬‬
‫‪2 .2‬השתמש בפיפטה בנפח ‪ 5‬מ"ל ובקבוק כיול בנפח ‪ 50.0‬מ"ל להכנת תמיסה המהולה פי ‪10‬‬
‫מהתמיסה הקודמת‪ .‬מהו צבע התמיסה וריכוזה?‬
‫רשום תצפיותיך בטבלה אשר בדו"ח‪.‬‬
‫‪3 .3‬חזור על חלק (‪ ,)2‬עד אשר לא תוכל להבחין בצבע התמיסה‪.‬‬
‫חזור לתמיסה המהולה ביותר‪ ,‬שבה עדיין אתה יכול לראות צבע‪.‬‬
‫השתמש בבקבוק כיול בנפח ‪ 25‬מ"ל ומהל תמיסה זו פי ‪.5‬‬
‫מהי הערכתך לגבי הריכוז הנמוך ביותר של תמיסת מתילן בלו‪ ,‬בו העין האנושית‬
‫מסוגלת להבחין?‬
‫‪81‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :21‬מטיטרציות חומצה בסיס מימיות‬
‫חלק א' ‪ -‬קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת חומצה זרחתית בקולה‬
‫חלק א' ‪ -‬קביעת תכולת חומצה טרטרית ביין לבן‬
‫חומציות היין נובעת ברובה מחומצה טרטרית‪ ,H2C4H4O6 ,‬שהינה חומצה דו‪-‬קרבוכסילית‬
‫שהמבנה שלה הינו‪ . HOOCCHOHCHOHCOOH :‬חומצה טרטרית הינה חומצה חלשה‬
‫בעלת שני מימנים חומציים (המודגשים בנוסחה לעיל) וקבועי הפירוק שלה הינם‪pK1=2.98, :‬‬
‫‪ .pK2=4.34‬לכן ניטרול של כל מול חומצה דורש שני מולי בסיס ‪ .NaOH‬תגובת הסתירה‬
‫המלאה הינה‪:‬‬
‫‪H2C4H4O6 + 2 NaOH → Na2C4H4O6 + 2H2O‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬מלא ביורטה בנפח ‪ 10‬מ"ל בתמיסת ‪ NaOH‬שהכנת‪.‬‬
‫‪2 .2‬מלא כוס בנפח ‪ 100‬מ"ל בכ‪ 30 -‬מ"ל יין לבן‪.‬‬
‫‪3 .3‬העבר בפיפטה ‪ 10.0‬מ"ל יין לבן לארלנמאייר‪ .‬הוסף כ‪ 40 -‬מ"ל מים מזוקקים ו‪3-4 -‬‬
‫טיפות אינדיקטור פנול פתלאין (חסר צבע בסביבה חומצית‪ ,‬ורוד בסביבה בסיסית;‬
‫תחום מעבר צבע‪.)pH 8.0 – 9.6 :‬‬
‫‪4 .4‬הכנס מגנט לתוך הארלנמאייר והעמידו על גבי בוחש מגנטי‪ ,‬על נייר לבן (להבלטת מעבר‬
‫הצבע)‪.‬‬
‫‪5 .5‬הפעל את הבוחש לבחישה אחידה‪.‬‬
‫‪6 .6‬טטר את הדוגמה עד שינוי צבע הנשאר יציב‪.‬‬
‫‪7 .7‬חזור על הטיטרציה פעם נוספת‪ ,‬עד שאחוז הסטיה בין שתי טיטרציות אינו עולה על‬
‫‪.0.5%‬‬
‫‪8 .8‬חשב את ריכוז החומצה הטרטרית ביין (ממוצע בין שני ריכוזים שאחוז הסטיה ביניהם‬
‫קטן מחצי אחוז)‪ ,‬ביחידות‪.Molar, gr/L, %(Weight/Volue) :‬‬
‫‪82‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬קביעת תכולת חומצה זרחתית בקולה‬
‫בניסוי זה תטטר ‪ 25‬מ"ל דוגמת משקה קולה (האנליט) עם ‪( 0.025M NaOH‬הטיטרנט)‪.‬‬
‫חומצה זרחתית הינה חומצה תלת‪-‬פרוטית חלשה )‪,(pKa1=2.12, pKa2=7.21, pKa3=12.67‬‬
‫וניתן לנטרל בהצלחה את כל שלושת הפרוטונים אם מוסיפים מספיק ‪ .NaOH‬אולם‪ ,‬לאחר‬
‫שהפרוטון הראשון מנוטרל ישנה תחרות עם שאר המרכיבים בתערובת‪ ,‬דבר המשבש את‬
‫הכימיה של שאר תהליכי הנטרול‪ .‬לכן‪ ,‬נשתמש רק בנקודה האקויולנטית הראשונה לחישוב‬
‫ריכוז החומצה‪ .‬תגובת הנטרול המתאימה לכך הינה‪:‬‬
‫‪H3PO4 + OH- → H2PO4- + H2O‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬מלא כוס בנפח ‪ 250‬מ"ל בכ‪ 100 -‬מ"ל קולה‪ ,‬והרתח למשך כ‪ 5 -‬דקות להרחקת ‪.CO2‬‬
‫קרר‪.‬‬
‫‪2 .2‬מהל את תמיסת ה‪ NaOH -‬שברשותך פי ‪ ,4‬לקבלת ריכוז של ‪ :0.025M‬העבר בפיפטה‬
‫‪ 50.0‬מ"ל ‪ NaOH‬בריכוז ‪ 0.1M‬לבקבוק כיול בנפח ‪ 200‬מ"ל‪ ,‬השלם במים מזוקקים‬
‫וערבב היטב‪.‬‬
‫‪3 .3‬מלא ביורטה בנפח ‪ 25‬מ"ל בתמיסת ה‪ NaOH -‬המהולה‪.‬‬
‫‪4 .4‬לכוס בנפח ‪ 150‬מ"ל העבר בפיפטה ‪ 25.0‬מ"ל קולה (רתוחה‪ ,‬קרה) ו‪ 25 -‬מ"ל מים מזוקקים‪.‬‬
‫‪5 .5‬העמד את הכוס על בוחש מגנטי‪ ,‬הכנס מגנט ואלקטרודת ‪ pH‬המחוברת למד ‪ pH‬מכויל‬
‫לתוך התמיסה‪.‬‬
‫‪6 .6‬הפעל את הבוחש לבחישה אחידה‪ .‬הזהר על קצה האלקטרודה!‬
‫‪7 .7‬רשום את ה‪ pH -‬ההתחלתי של התמיסה‪.‬‬
‫‪8 .8‬טטר עם תמיסת ה‪( NaOH -‬בריכוז ‪ )0.025M‬במנות של ‪ 1.0‬מ"ל‪ ,‬ורשום את השתנות‬
‫ה‪ pH -‬במהלך הטיטרציה‪ .‬טטר עד קבלת ‪ 2‬נקודות אקויולנטיות‪ .‬ערוך את תוצאותיך‬
‫בטבלה כדוגמת‪:‬‬
‫‪mL NaOH‬‬
‫‪0‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪pH‬‬
‫‪83‬‬
‫‪1 .1‬חזור על הטיטרציה פעם נוספת‪ ,‬כאשר בסביבות הנקודות האקויולנטיות הוסף ‪NaOH‬‬
‫במנות של ‪ 0.1‬מ"ל‪.‬‬
‫בסיום העבודה‪:‬‬
‫ ‪-‬שטוף את האלקטרודה במים מזוקקים והחזר אותה לתמיסה בה היתה שרויה בהתחלה‪.‬‬‫ ‪-‬רוקן את הביורטה לכלי פסולת‪ .‬שטוף את הביורטה היטב במים מזוקקים‪ ,‬והשאר אותה‬‫הפוכה על כנה‪.‬‬
‫ ‪-‬רוקן את כלי הפסולת לכיור‪.‬‬‫‪- -‬שטוף את כל הכלים במים מזוקקים‪.‬‬
‫עיבוד התוצאות‪:‬‬
‫ ‪-‬צייר עקום טיטרציה (‪ pH‬כפונקציה של מ"ל ‪ )NaOH‬עבור הטיטרציה השניה (המדויקת)‪.‬‬‫ ‪-‬צייר עקום נגזרת (‪ ∆ pH/∆ml‬כפונקציה של מ"ל ממוצע ‪ )NaOH‬עבור אותה הטיטרציה‪.‬‬‫ ‪-‬חשב את הריכוז המולרי של חומצה זרחתית בקולה לפי ‪ 2‬הנקודות שקיבלת‪.‬‬‫ ‪-‬השווה בין התוצאות שקיבלת משתי הנקודות‪ .‬איזה מדויקת יותר?‬‫ ‪-‬דווח על ריכוז החומצה הזרחתית בקולה לפי הנקודה הראשונה ביחידות של מול‪/‬ליטר‬‫וביחידות של ‪.mg/100 mL‬‬
‫‪84‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :22‬אינדיקאטורים ובופרים‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫הכרה ושימוש באינדיקאטורים של חומצה ובסיס‬
‫הכרת המאפיינים הכימיים של תמיסת בופר‬
‫רקע תיאורטי‪:‬‬
‫ניתן להגדיר חומצות ובסיסים במספר אופנים כאשר ההגדרה הכי ידועה היא ההגדרה של‬
‫ארהיניוס (‪ )Svante Arrhenius‬שעל פיה‪:‬‬
‫חומצה היא צורון שמוסר פרוטון‪ H+ ,‬דוגמאות לחומצות‪ :‬חומצה ציטרית‪ -‬החומצה שנותנת‬
‫את הטעם החמוץ לפרי הדר‪ ,‬חומצה אסקורבית – ויטמין ‪ ,C‬חומצה אצטית – חומצת‬
‫החומץ‪ ,‬חומצה לאקטית – שנמצאת בשפע בחמאה העשויה מחלב ועוד‪...‬‬
‫בסיס הוא צורון שמוסר יון הידרוקסיד ‪ .OH-‬הדוגמאות הכי ידועות של בסיסים הנם‬
‫הדטרגנטים והסבונים למיניהם‪.‬‬
‫הפרוטון ויון ההידרוקסיד מגיבים ביניהם בריאקצית חומצה‪/‬בסיס לתת מולקולת מים‪:‬‬
‫)‪H+(aq) + OH-(aq)  H2O(l‬‬
‫חומצה מוסרת פרוטון כאשר היא נמצאת בסביבה מימית‪ ,‬הפרוטון מגיב עם מולקולת מים‬
‫ונותן את יון ההידרוניום‪:‬‬
‫)‪HX(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + X-(aq‬‬
‫‪ HX‬חומצה ‪ H3O+-‬יון הידרוניום‬‫ובמקביל הבסיס מתפרק בסביבה מימית ומוסר יון הידרוקסיד‪:‬‬
‫)‪YOH(aq)  OH-(aq) + Y+(aq‬‬
‫‪ -YOH‬בסיס ‪ -OH‬יון הידרוקסיד‬
‫דרגת החומציות או הבסיסיות של התמיסה נמדדת ע"י ה‪ .pH-‬ה‪ pH-‬הוא סולם של מספרים‬
‫שמתאר את ריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה מסוימת‪.‬‬
‫]‪pH = -log[H3O+‬‬
‫אם ערך ה‪ pH-‬נע בין ‪ 0‬ל‪ 7-‬מדובר בתמיסה חומצית‪ .‬ואם ערך ה‪ pH-‬נע בין ‪ 7‬ל‪ 14-‬התמיסה‬
‫‪85‬‬
‫היא בסיסית‪ .‬ניתן למדוד את ה‪ pH-‬של תמיסה מסוימת ע"י מכשיר שנקרא ‪-pH‬מטר או‬
‫בצורה איכותית ע"י שימוש באינדיקאטורים‪.‬‬
‫האינדיקאטור הוא חומר שמשנה את הצבע שלו בהתאם ל‪ pH-‬של בתמיסה‪ .‬הוא עצמו‬
‫חומצה חלשה או בסיס חלש‪ ,‬וכמו כל חומצה‪/‬בסיס הוא מתפרק בתמיסות מימיות‪ .‬הצורה‬
‫הניטרלית של האינדיקאטור היא בעלת צבע השונה מצורתו הטעונה‪ ,‬ומכיוון שבמים הוא‬
‫נטען (חיובית או שלילית) אזי הוא משנה צבע‪.‬‬
‫עבור האינדיקאטור החומצי‪:‬‬
‫עבור האינדיקאטור הבסיסי‪:‬‬
‫כאשר ‪ In‬מסמל אינדקטור‬
‫מי הם האינדיקאטורים הכי ידועים? אחד האינדיקאטורים הידועים ביותר הוא נייר‬
‫הלקמוס‪ .‬זהו צבע טבעי המופק מצמח החזזית‪ .‬בעת טבילת נייר הלקמוס בתמיסה חומצית‬
‫משתנה צבע הנייר לאדום וכשאר טובלים אותו בתמיסה בסיסית משתנה הצבע לכחול‪:‬‬
‫‪pH > 8.3‬‬
‫‪blue‬‬
‫‪pH < 4.5‬‬
‫‪red‬‬
‫‪Litmus Indicator:‬‬
‫ישנם הרבה מאוד אינדיקאטורים נוספים שמקורם בטבע‪ ,‬דוגמאות‪:‬‬
‫דובדבנים ‪ -‬המיץ של הדובדבנים הוא אדום בתמיסות חומציות אך הופך לכחול‪-‬סגול‬
‫בתנאים בסיסיים‪.‬‬
‫תבלין הקרי ‪ -‬בערבוב עם תמיסות חומציות נותן צבע צהוב ובערבוב עם תמיסות בסיסיות‬
‫הוא נותן צבע אדום‪.‬‬
‫בצל אדום ‪ -‬המיץ של הבצל האדום נותן צבע אדום בתמיסות חומציות אך צבע ירוק בתמיסות‬
‫בסיסיות‪.‬‬
‫שושנים אדומים ‪ -‬בערבוב הפרח עם תמיסות חומציות מתקבל צבע אדום אך בערבובו עם‬
‫‪86‬‬
‫תמיסות בסיסיות מתקבל צבע כחול‪.‬‬
‫כל חומרי הצבע הטבעיים שמשנים את צבעם כתוצאה משינוי בחומציות‪/‬בסיסיות התמיסה‬
‫הם אינדיקאטורים‪.‬‬
‫טווח הפעילות של האינדיקאטורים‪:‬‬
‫ב‪ pH-‬נמוך אינדיקאטור חומצי נמצא אך ורק בצורת ‪ ,HIn‬והצבע של התמיסה הוא הצבע‬
‫של הצורה הניטרלית ‪ HIn -‬של האינדיקאטור‪ .‬כאשר ה‪ pH -‬של התמיסה עולה הצבע‬
‫של הצורה הניטרלית של האינדיקאטור נחלש והצבע של הצורה הטעונה ‪ In-‬מתחזק‪ .‬ככל‬
‫שהאינדיקאטור רגיש יותר לשינויי ‪( pH‬משנה את הצבע שלו בתחום צר של ערכי ‪ )pH‬כך‬
‫הוא יותר יעיל‪ .‬רב האינדיקאטורים מראים שינויי צבע בתחום ‪ pH‬בסביבות ה‪pKIn ±1 -‬‬
‫(ערך נתון אופייני לכל אינדיקאטור שנלמד עליו בהמשך)‪.‬‬
‫לפניכם רשימה של האינדיקאטורים הכי ידועים עם טווח ה‪-pH-‬ים שבהם כל אחד‬
‫מהאינדיקאטורים פועל‪.‬‬
‫טווח ‪pH‬‬
‫‪pKln‬‬
‫צבע הבסיס צבע החומצה‬
‫אנדקטור‬
‫‪0-1.8‬‬
‫‪0.8‬‬
‫‪violet‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Methyl violet‬‬
‫‪1.2 - 2.8‬‬
‫‪1.5‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪red‬‬
‫‪Thymol Blue - 1st change‬‬
‫‪3.2 - 4.4‬‬
‫‪3.7‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪red‬‬
‫‪Methyl Orange‬‬
‫‪3.8 - 5.4‬‬
‫‪4.7‬‬
‫‪blue‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Bromocresol Green‬‬
‫‪4.8 - 6.0‬‬
‫‪5.1‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪red‬‬
‫‪Methyl Red‬‬
‫‪6.0 - 7.6‬‬
‫‪7.0‬‬
‫‪blue‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Bromothymol Blue‬‬
‫‪6.8 - 8.4‬‬
‫‪7.9‬‬
‫‪red‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Phenol Red‬‬
‫‪8.0 - 9.6‬‬
‫‪8.9‬‬
‫‪blue‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Thymol Blue - 2nd change‬‬
‫‪8.2 - 10.0‬‬
‫‪9.4‬‬
‫‪pink‬‬
‫‪colourless‬‬
‫‪Phenolphthalein‬‬
‫‪10.0 - 12.0‬‬
‫‪11.0‬‬
‫‪lilac‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Alizarine yellow‬‬
‫‪3.8 - 5.4‬‬
‫‪4.1‬‬
‫‪blue‬‬
‫‪yellow‬‬
‫‪Bromophenol blue‬‬
‫‪87‬‬
‫שאלות‪:‬‬
‫‪1 .1‬מה הוא אינדיקאטור אוניברסאלי?‬
‫‪2 .2‬איזה צבע מתקבל מהוספת כל אחד מן האינדיקאטורים הבאים לתמיסת )‪ HCl(aq‬בעלת‬
‫‪?pH = 1.5‬‬
‫‪ .‬א‪methyl violet‬‬
‫‪ .‬ב‪thymol blue‬‬
‫הכלים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫מבחנות‬
‫פיפטת פסטר‬
‫משורה ‪ 100‬מ"ל‬
‫כוס זכוכית בנפח ‪ 100‬מ"ל‬
‫ביורטה ‪ 10‬מ"ל‬
‫מוט זכוכית‬
‫החומרים הדרושים לביצוע הניסוי‪:‬‬
‫מי ברז‬
‫מים מזוקקים‬
‫תמיסת ‪ NaCl‬בריכוז ‪ 0.1M‬ברומותימול כחול‬
‫תמיסת ‪ NaNO2‬בריכוז ‪ 0.1M‬נתרן אצטט‬
‫תמיסת ‪ NH4Cl‬בריכוז ‪0.1M‬‬
‫תמיסת ‪ CH3COOH‬בריכוז ‪0.1M‬‬
‫תמיסת ‪ KOH‬בריכוז ‪0.1M‬‬
‫תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪ 0.1M‬ו‪0.6M -‬‬
‫תמיסת ‪ NaOH‬בריכוז ‪6M‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪.‬אבדיקת ה ‪:pH‬‬
‫הכנס כ‪ 2-‬מ"ל מכל תמיסה כמפורט למעלה‪ ,‬מספר‪ ,‬וקבע את ‪ pH‬שלהם (חומצי או בסיסי)‬
‫הסבר‪.‬‬
‫‪88‬‬
‫‪.‬בהכנת תמיסת אינדיקאטור טבעי‪:‬‬
‫שפוך לתוך כוס כימית של ‪ 500‬מ"ל שמכילה חתיכות של כרוב אדום עד למחציתה כ‪200 -‬‬
‫מ"ל של מים רותחים‪ .‬חכה כ‪ 10-‬דקות וסנן את חתיכות הירק‪.‬‬
‫העבר כ‪ 50-‬מ"ל מהתמיסה (בעלת צבע סגול אדום) לתוך ארלנמייר של ‪ 250‬מ"ל‪.‬‬
‫הוסף לתמיסה כ‪ 10 -‬מ"ל של תמיסת ‪ HCl‬בריכוז ‪ 0.1M‬ורשום את הנצפה‪.‬‬
‫הוסף לתמיסה כ‪ 10 -‬מ"ל של תמיסת ‪ KOH‬בריכוז ‪ 0.1M‬ורשום את הנצפה‪.‬‬
‫חלק ב‪ :‬הכנת תמיסת מגן מחומצה אצטית ונתרן האצטט‬
‫מהלך הניסוי‬
‫‪1 .1‬בעזרת משורה ‪ 100‬מ"ל‪ ,‬העבירו לכוס זכוכית בנפח ‪ 100‬מ"ל‪ 56.0 ,‬מ"ל תמיסת נתרן‬
‫אצטט בריכוז כ‪.0.6M -‬‬
‫‪2 .2‬בעזרת ביורטה של ‪ 10‬מ"ל‪ ,‬הוסיפו לכוס ‪ 8.8‬מ"ל תמיסת חומצה אצטית בריכוז ‪.3M‬‬
‫‪3 .3‬ערבבו את תערובת התמיסות בעזרת מוט זכוכית‪.‬‬
‫‪4 .4‬מדדו את ה‪ pH -‬של תמיסת המגן בעזרת מד ‪.pH‬‬
‫בדיקת ההשפעה של חומצה ובסיס על תמיסת המגן‬
‫‪1 .1‬שפכו מחצית (‪ 32‬מ"ל) מתמיסת המגן לכוס נוספת וסמנו את כוסות הזכוכית בספרות‬
‫(‪ )1‬ו‪.)2( -‬‬
‫‪2 .2‬העבירו‪ ,‬בעזרת פיפטה מתאימה‪ 1.0 ,‬מ"ל תמיסת ‪ 6.0M HCl‬לכוס מס' ‪ 1‬וערבבו היטב‪.‬‬
‫‪3 .3‬בדומה לקודם‪ ,‬העבירו ‪ 1.0‬מ"ל תמיסת ‪ 6.0M NaOH‬לכוס מס' ‪.2‬‬
‫‪4 .4‬מדדו את ה‪ pH -‬של התמיסה ב‪ 2 -‬הכוסות (אל תשכחו לשטוף את האלקטרודה של מד‬
‫ה‪ pH -‬לפני כל מדידה)!‬
‫‪5 .5‬חשבו את ה‪ pH -‬המשוער‪ ,‬של תמיסת המגן ושל התמיסה לאחר הוספת חומצה‪/‬בסיס‪.‬‬
‫‪"6 .6‬שחקו" עם התמיסות וה‪- pH -‬שלהן על ידי הוספת עוד חומצה‪/‬בסיס לכל תמיסה‪.‬‬
‫רשמו את כמויות החומצה‪/‬בסיס שנוספו לכל כוס‪ ,‬מה ה‪ pH -‬המשוער והנמדד‪.‬‬
‫‪89‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :23‬מלח בישול‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬זיהוי המרכיבים של מלח בישול‬
‫‪2 .2‬הכנת מלח בישול‬
‫‪ .‬אהרכבו הכימי של מלח הבישול‪:‬‬
‫מלח הבישול הינו תרכובת של היסודות נתרן וכלור‪ ,‬אשר אבדו את תכונותיהם בהתחברם‬
‫ויצרו תרכובת חדשה‪.‬‬
‫זיהוי כימי של הכלור במלח בישול‪:‬‬
‫הצע דרך לזיהוי כימי של הכלור במלח הבישול‪...‬‬
‫המס מעט מלח בישול ב‪ 20 -‬מ"ל מים‪.‬‬
‫הוסף לתמיסת מלח הבישול כמה טיפות של תמיסת כסף חנקתי‪ .‬מה קיבלת? הסבר וכתוב‬
‫את הריאקציה המתאימה‪.‬‬
‫זיהוי הנתרן‪:‬‬
‫שים כמה גבישי מלח בישול בכפית בעירה‪.‬‬
‫שים את כפית הבעירה בתוך להבה‪ ,‬מה צבע הלהבה? (להבה צהובה מלמדת על נתרן)‪.‬‬
‫הפקת מלח בישול מבסיס וחומצה‪:‬‬
‫שים בכוס כימית ‪ 5‬מ"ל מים‪ .‬הוסף רבע כפית בסיס הנתרן וכמה טיפות פנול‪-‬פתלאין‪ ,‬איזה‬
‫צבע התקבל?‬
‫הוסף לכוס חומצת מלח מהולה‪ ,‬טיפה אחר טיפה‪ ,‬עד שהצבע האדום יעלם לגמרי‪( .‬מדוע‬
‫הצבע נעלם?)‪.‬‬
‫הנח את הכוס על פלטה חשמלית והמתן עד שכל המים יתאיידו‪ .‬נותרה אבקה לבנה‪ ,‬מה זה‬
‫לדעתך? כתוב את הריאקציה המתאימה‪.‬‬
‫‪90‬‬
‫ניסוי מספר ‪ :24‬תגובות בין יונים בתמיסה מימית‪-‬תגובות שיקוע‬
‫בניסוי זה תערבבו תמיסות של תרכובות יוניות על מנת למצוא צירופים‬
‫היוצרים משקעים בצבעים שונים‪-‬צבעי מים !‬
‫חומרים‪:‬‬
‫לצורך ביצוע הניסוי צריכים להכין את התמיסות הנ"ל‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Na2CO3 CuCl2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪KI‬‬
‫‪4‬‬
‫‪5‬‬
‫‪KSCN K3PO4‬‬
‫‪6‬‬
‫‪7‬‬
‫‪8‬‬
‫‪FeCl3 AgNO3 BaCl2‬‬
‫‪9‬‬
‫‪Na2SO4‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הכינו תמיסה מימית מכל תרכובת יונית בטבלה שלמעלה לפי הנתונים הבאים‪:‬‬
‫‪2 .2‬נפח התמיסה‪ 250 :‬מ"ל‪ ,‬ריכוז ‪.1M‬‬
‫‪3 .3‬לפניכם מעמד עם מבחנות קטנות‪ :‬ערבבו את התמיסות שלמעלה לפי הצירופים‬
‫האפשריים שבטבלה ‪.2‬‬
‫צריך לקחת מכל תמיסה ‪ 5‬מ"ל‪.‬‬
‫‪4 .4‬רשמו את תצפיותיכם‪.‬‬
‫רשמו את הנוסחה של המשקע הנוצר (או התמיסה הנוצרת) וצבעה‪.‬‬
‫‪91‬‬
‫טבלת ‪:2‬‬
‫האם אתם יכולים לצייר את התמונה הנ"ל מהמלחים השונים שקיבלתם!‬
‫‪92‬‬
‫תוצאות ודיון‬
‫‪1 .1‬רשמו ניסוח עבור תגובות ההמסה של המלחים בהם השתמשתם בניסוי‪.‬‬
‫‪2 .2‬היעזרו בטבלת המסיסות שמצורף למטה‪ ,‬וזיהו את המשקעים שהתקבלו בניסויים בהם‬
‫התרחשה תגובה‪ ,‬והוסיפו אותם לטבלה ‪.2‬‬
‫‪3 .3‬רשמו ניסוח כולל וניסוח נטו עבור חמש תגובות שיקוע לפי בחירתכם‪.‬‬
‫שאלות מסכמות‬
‫לפניכם פירוט המינרלים במים מינרליים‪:‬‬
‫היעזרו בטבלת המסיסות וענו על השאלות הבאות‪:‬‬
‫‪1 .1‬באיזה חומר יוני תבחרו על מנת לשקע את היון הגופרתי‪ ?SO4-2 ,‬רשמו ניסוח נטו עבור‬
‫תגובת השיקוע‪.‬‬
‫‪2 .2‬הזרחן נמצא במים בצורה של יון זרחתי‪ .PO4-3 ,‬באיזה חומר יוני תבחרו על מנת לשקע‬
‫את היון הזרחתי? רשמו ניסוח נטו עבור תגובת השיקוע‪.‬‬
‫‪3 .3‬כאשר מרתיחים מים מינרליים או מי ברז‪ ,‬דו‪-‬פחמות‪ ,HCO3- ,‬הופכות ליונים פחמתיים‪,‬‬
‫‪ ,CO3-2‬ונוצרת אבנית‪.‬‬
‫‪ .‬אאילו יונים מבין היונים שמצויים במים עשויים ליצור תרכובות קשות תמס עם‬
‫יונים פחמתיים‪? CO3-2 ,‬‬
‫‪ .‬במה עשוי להיות הרכב האבנית?‬
‫‪ .‬גרשמו ניסוח נטו עבור תגובות השיקוע ליצירת אבנית‪.‬‬
‫‪93‬‬
‫יונים שליליים‬
‫כלורי ברומי יודי הדרוכסידי חנקתי אצטטי גפרי גפרתי פחמתי זרחני‬
‫יונים חיוביים‬
‫‪PO43- CO32- SO42- S2- C2H3O2- NO3-‬‬
‫נתרן ‪Na+‬‬
‫אשלגן ‪K+‬‬
‫כסף ‪Ag+‬‬
‫אמון ‪NH4+‬‬
‫כספית ‪Hg22+ I‬‬
‫כספית ‪Hg2+ II‬‬
‫בריום ‪Ba2+‬‬
‫סידן ‪Ca2+‬‬
‫נחושת ‪Cu2+‬‬
‫מגנזיום ‪Mg2+‬‬
‫עופרת ‪Pb2+‬‬
‫אבץ ‪Zn2+‬‬
‫ברזל ‪Fe2+ II‬‬
‫ברזל ‪Fe3+ III‬‬
‫אלומיניום ‪AI3+‬‬
‫‪CI-‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪Br-‬‬
‫‪I-‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪d‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪n‬‬
‫‪S‬‬
‫‪n‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫טבלת מסיסות‬
‫‪ -i‬מסיסות זניחה (קטנה מ‪" )M10-3 -‬חומר בלתי‪-‬מסיס"‬
‫‪ -SS‬מסיסות נמוכה (בין ‪ M10-3‬ל‪" )M10-1 -‬חומר קשה‪ -‬תמס"‬
‫‪ -S‬מסיסות גבוהה (מעל ‪" ) M10-1‬חומר קל‪-‬תמס"‬
‫‪ -d‬מתפרק (החומר מגיב עם מים)‬
‫‪94‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪d‬‬
‫‪d‬‬
‫‪i‬‬
‫‪d‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪d‬‬
‫‪d‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪d‬‬
‫‪i‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪n‬‬
‫‪n‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪S‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫‪i‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :25‬טיטרציות שיקוע‪ ,‬אנליזה פוטנציומטרית של כלורידים‬
‫ויודידים‬
‫מטרת הניסוי‬
‫הכרת אלקטרודת כסף; קביעה סלקטיבית של יוני יודיד וכלוריד‬
‫טיטרציות שיקוע משמשות לקביעת ריכוז אנליט היוצר עם הטיטרנט מלח קשה תמס‪.‬‬
‫בד"כ לקביעת הלידים‪ -X ,‬בטיטרציה עם יוני כסף‪ .‬ניתן להשתמש באינדיקציה ויזואלית‬
‫או פוטנציומטרית‪.‬‬
‫‪ .1‬טיטרציה של ‪ X-‬עם ‪Ag+ + X- ↔ AgX(s) :Ag+‬‬
‫‪V < Ve:‬‬
‫]‪V = Ve: AgX(s) ↔ Ag+ + X- Ksp = [Ag+][X-‬‬
‫)‪[Ag+] = [X-] = √Ksp(AgX‬‬
‫])‪V > Ve: [Ag+] = [Ag+(access‬‬
‫‪ .2‬טיטרציה של תערובת הלידים ע"י ‪Ag+‬‬
‫‪95‬‬
‫ראקציית הטיטרציה‪Ag+ + I- + Cl- ↔ AgI(s) + AgCl(s) :‬‬
‫כדי לעקוב אחר השתנות ריכוז ‪ Ag+‬במהלך הטיטרציה יש ליצור תא גלואני‪ ,‬שבו חצי תא‬
‫אחד הוא תערובת הטיטרציה‪ ,‬וחצי התא השני הוא בעל מתח קבוע – אלקטרודת ייחוס‪.‬‬
‫להלן חישוב עבור מתח התא עם אלקטרודת קלומל כאלקטרודת ייחוס (יתכן ובניסוי תעבוד‬
‫עם אלקטרודת כסף‪/‬כסף כלורי‪ ,‬עבורה המתח הינו ‪.)0.197 V‬‬
‫ראקציית התא‪:‬‬
‫‪96‬‬
‫חלק א' ‪ -‬טיטרציה עם ‪AgNO3‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫דאג לפנות את כל הפסולת לבקבוקי פסולת המסומנים ב"פסולת ‪ "Ag+, AgCl, AgI‬בלבד‪,‬‬
‫ולא לכיור או למיכלים אחרים!‬
‫ ‪-‬העבר בצורה כמותית את כל הנעלם שקיבלת בוייל לבקבוק כיול בנפח ‪ 250‬מ"ל‪.‬‬‫ ‪-‬הוסף מים מזוקקים במנות קטנות עד המסת הדוגמא והשלם עד הקו‪.‬‬‫ ‪-‬הכן תמיסת ‪ AgNO3‬בריכוז כ‪ :0.1M -‬שקול בדיקנות כ‪ 1.7 -‬גרם ‪ AgNO3‬והעבר כמותית‬‫לבקבוק כיול בנפח ‪ 100‬מ"ל‪ .‬ערבב היטב להמסה מלאה‪ .‬חשב את הריכוז המדוייק של‬
‫התמיסה‪.‬‬
‫שים לב‪ :‬החומר יקר מאד ומלכלך מאד! עבוד בצורה נקיה וחסכנית ליד המאזניים!‬
‫ ‪-‬העמד מערכת פוטנציומטרית עם אלקטרודת כסף (כאלקטרודה עובדת) ואלקטרודת‬‫ייחוס (של אלקטרודת זכוכית) המחוברות למד מתח‪.‬‬
‫אל תשאיר אלקטרודת ‪ pH‬חשופה לאויר! בזמן שאינך עובד עם האלקטרודה טבול אותה‬
‫בכוס המכילה מי ברז;‬
‫לפני ביצוע מדידה שטוף את האלקטרודה היטב במים מזוקקים‪.‬‬
‫בסיום העבודה – מלא את מכסה האלקטרודה בתמיסת ‪KCl 3M‬‬
‫והחזר אותו למקומו‬
‫ ‪-‬העבר בפיפטה ‪ 25.00‬מ"ל מהנעלם לכוס מתאימה‪.‬‬‫ ‪-‬טטר בתמיסת ‪ AgNO3‬שהכנת‪ .‬עקוב אחר השתנות המתח עם התקדמות הטיטרציה עד‬‫לקבלת שתי נקודות אקויוולנטיות (חשוב‪ :‬מרווח הזמן בין שתי קריאות בטיטרציה לא‬
‫יעלה על ‪ 15-30‬שניות)‪.‬‬
‫ ‪-‬חזור על הטיטרציה פעמיים נוספות‪ ,‬כאשר בקרבת הנקודות האקויוולנטיות טטר במנות‬‫של ‪ 0.1‬מ"ל‪.‬‬
‫ ‪-‬צייר גרף טיטרציה וגרף נגזרת‪.‬‬‫‪- -‬חשב את מספר הגרמים של ‪ KI‬ו‪ -KCl‬בנעלם‪.‬‬
‫העבר את שארית תמיסת ‪ AgNO3‬שהכנת לבקבוק חום מיוחד ומסומן‬
‫‪97‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬טיטרציה של תערובת ‪ Cl-‬ו‪ I- -‬עם פרמנגנט‬
‫מטרת הניסוי‬
‫קביעה סלקטיבית של יוני יודיד בתערובת יוני יודיד וכלוריד ע"י טיטרציה עם יון פרמנגנט‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫ ‪-‬העמד מערכת פוטנציומטרית עם אלקטרודת פלטינה (כאלקטרודה עובדת) ואלקטרודת‬‫ייחוס (של אלקטרודת זכוכית) המחוברות למד מתח‪.‬‬
‫ ‪-‬העבר בפיפטה ‪ 25.00‬מ"ל מהנעלם לכוס מתאימה‪.‬‬‫ ‪-‬הוסף ‪ 10‬מ"ל תמיסת ‪ ,1.5M H2SO4‬ומים מזוקקים בכמות המאפשרת כיסוי מלא של‬‫האלקטרודות‪.‬‬
‫ ‪-‬טטר בתמיסת פרמנגנט מכויילת (בריכוז כ‪ .)0.02M -‬עקוב אחר השתנות המתח עם‬‫התקדמות הטיטרציה‪.‬‬
‫ ‪-‬חזור על הטיטרציה פעמיים נוספות‪ ,‬כאשר בקרבת הנקודה האקויוולנטית טטר במנות‬‫של ‪ 0.1‬מ"ל‪.‬‬
‫חשב את מספר הגרמים של ‪ KI‬בנעלם‪ .‬השווה את התוצאות עם אלו שהתקבלו בטיטרצית‬
‫השיקוע‪.‬‬
‫‪98‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :26‬גרבימטריה‪ :‬קביעה גרבימטרית של סידן כ‪CaC2O4 ּ H2O -‬‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫הכרת שיטות אנליזה גרבימטרית לצורך קביעת ריכוז סידן בתמיסה; השואה לשיטה‬
‫קומפלכסומטרית עם ‪.EDTA‬‬
‫אנליזה גרבימטרית‪ :‬מכלול שיטות המבוססות על הפיכת האנליט לתוצר קשה תמס‪ ,‬וקביעת‬
‫האנליט ע"י שקילת התוצר הסופי‪.‬‬
‫שיקוע הומוגני‪ :‬שיטה גרבימטרית המונעת הווצרות עודף מקומי של משקע‪ ,‬הגורם לשיקוע‬
‫מהיר‪ ,‬גבישים קטנים וזיהומים הלכודים במשקע‪.‬‬
‫תמיסה הומוגנית‪ :‬מכילה תערובת בתנאים בהם לא חל שיקוע‪ .‬השגת שיקוע הומוגני נעשית‬
‫ע"י שינוי מבוקר ואיטי של התנאים (טמפ'‪ pH ,‬וכו')‪.‬‬
‫דרישות מהתוצר השוקע‪:‬‬
‫ ‪-‬קשה תמס‪.‬‬‫ ‪-‬טהור‪.‬‬‫ ‪-‬קל לסינון‪.‬‬‫ ‪-‬בעל הרכב קבוע וידוע‪.‬‬‫קביעה כמותית בשיטה גרבימטרית נעשית בשלבים הבאים‪ :‬המסת כמות שקולה של‬
‫החומר‪ ,‬הוספת עודף ראגנט משקע‪ ,‬סינון המשקע הנוצר‪ ,‬שטיפתו וייבושו‪ .‬החישוב הכמותי‬
‫של החומר הנקבע נעשה על פי משקל המשקע שהתקבל בתהליך‪.‬‬
‫לקבלת משקע בעל משקל סביר‪ ,‬יש לבחור בראגנט משקע בעל משקל מולקולרי גבוה‪ ,‬כדי‬
‫שהפקטור הגרבימטרי יהיה נמוך ככל האפשר‪ .‬המשקע המתקבל צריך להיות קשה תמס‪,‬‬
‫ובעל הרכב יציב וידוע‪.‬‬
‫להבטחת קביעה מדויקת יש להקפיד על הפרטים הבאים‪:‬‬
‫‪ .‬אשיקוע מלא של החומר הנקבע; לשם כך מוסיפים עודף של הראגנט המשקע‪ ,‬אלא שאין‬
‫להוסיף עודף גדול מדי‪ ,‬הגורם לשיקוע מהיר‪.‬‬
‫‪ .‬בהיווצרות גבישים גדולים הניתנים לסינון בקלות; לשם כך נעשה השיקוע מתמיסות‬
‫‪99‬‬
‫חומציות מהולות‪ ,‬הוספת הראגנט המשקע נעשית באיטיות תוך בחישה‪ ,‬השיקוע נעשה‬
‫בחום והתמיסה מושהית למשך זמן מה לפני סינונה‪.‬‬
‫‪ .‬גבידוד המשקע ע"י סינונו מהתמיסה‪.‬‬
‫‪ .‬דקבלת משקע נקי מזיהומים‪ :‬שטיפת המשקע לשם טיהורו מזיהומים הספוחים על פניו‬
‫או המסת המשקע וגיבושו מחדש לשם טיהורו משיהומים שנלכדו בתוך הסריג הגבישי‪.‬‬
‫‪ .‬הייבוש המשקע בחום ושקילתו‪.‬‬
‫השיטה שתוארה לעיל היא השיטה הגרבימטרית השכיחה‪ ,‬אולם מגבלתה העיקרית היא‬
‫היווצרות של עודף מקומי של המשקע‪ ,‬הגורם לשיקוע מהיר ולהיווצרות גבישים קטנים‬
‫בעלי זיהומים‪ ,‬הנלכדים בסריג‪ .‬ניתן לבצע קביעה גרבימטרית בשיטה הפותרת בעיה זו‪ ,‬היא‬
‫שיטת השיקוע מתמיסה הומוגנית‪ .‬התמיסה ההומוגנית מכילה תערובת של החומר הנקבע‬
‫עם הראגנט המשקע‪ ,‬בתנאים בהם לא חל שיקוע‪ .‬שינוי מבוקר ואיטי של התנאים (טמפ'‪,‬‬
‫‪ pH‬וכו')‪ ,‬הגורם להיווצרותו ההדרגתית של המשקע בגוף התמיסה ללא עודפים מקומיים‪,‬‬
‫יביא להיווצרןת משקע אחיד ונקי‪ .‬בשיקוע ההומוגני הקלאסי נעשית התאמת התנאים ע"י‬
‫יצירת המגיב בתוך התמיסה בתהליך איטי‪ .‬למשל‪ ,‬הידרוליזה של אוריאה יוצרת סביבה‬
‫בסיסית בעת חימום (ראה להלן)‪.‬‬
‫בניסוי זה‪ ,‬נקבע את ריכוז הסידן בתמיסה‪ .‬ניתן לקבוע כמותית את יוני הסידן על ידי הוספת‬
‫אוקסלאט בסביבה בסיסית ליצירת סידן אוקסלאט מונוהידראט ‪ CaC2O4 ּ H2O -‬לפי‬
‫התגובה‪:‬‬
‫‪Ca2+ + C2O42- + H2O  CaC2O4 ּ H2O‬‬
‫יון האוקסלאט מהווה תוצר הידרוליזה של חומצה אוקסאלית‪:‬‬
‫‪pKa = 1.25 H2C2O4  H+ + HC2O4‬‬‫‪HC2O4-  H+ + C2O42-‬‬
‫‪pKa = 4.27‬‬
‫בסביבה חומצית ניתן לקבל כמות קטנה בלבד של משקע‪.‬‬
‫על מנת לקבל גבישים נקיים וגדולים תהליך השיקוע חייב להיות אחיד ואיטי‪.‬‬
‫קצב השיקוע נקבע על ידי קצב העלאת ה‪ ,pH -‬לכן מוסיפים אוריאה בסביבה חומצית‬
‫ומחממים‪:‬‬
‫‬
‫‪(H2N)2CO + 3H2O + heat  CO2 + 2NH4+ + 2OH‬‬‫‪100‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫‪1 .1‬סמן שתי כוריות סינון מזכוכית (‪ )Gooches‬שיובשו בתנור וקוררו בדסיקטור ושקול‬
‫אותן בדייקנות‪ .‬ודא שהן אינן סדוקות או שבורות!‬
‫‪2 .2‬קרר מים באמבט קרח לצורך השטיפות בשלב הסינון (בתוך כלי חרסינה הנמצא בארונך)‪.‬‬
‫‪3 .3‬הכן ‪ :HCl 0.1M‬מלא כ‪ 200 -‬מ"ל מים מזוקקים בכוס בנפח ‪ 400‬מ"ל‪ .‬הוסף בזהירות‪,‬‬
‫ממשורה‪ ,‬כ‪ 2 -‬מ"ל ‪ HCl‬מרוכזת‪ .‬ערבב בעדינות‪.‬‬
‫‪4 .4‬לשתי כוסות מסומנות בנפח ‪ 250‬מ"ל העבר בפיפטה ‪ 25.0‬מ"ל מהנעלם (שטוף אותה‬
‫קודם במעט נעלם ‪ -‬כך ניתן לוודא שהיא תהיה נקייה)‪.‬‬
‫‪5 .5‬הוסף לכל כוס כ‪ 75 -‬מ"ל ‪ 0.1M HCl‬שהכנת‪ ,‬וחמש טיפות אינדיקטור מתיל אדום (אדום‬
‫ב‪ pH -‬נמוך מ‪ 4.8 -‬וצהוב ב‪ pH -‬הגבוה מ‪.(6.0 -‬‬
‫‪6 .6‬לכל כוס הוסף באיטיות‪ ,‬תוך כדי בחישה במקל זכוכית‪ ,‬כ‪ 25 -‬מ"ל אמוניום אוקסאלט‬
‫בריכוז כ‪ 4% -‬משקלי‪ .‬שטוף את שאריות החומר שעל מקל הזכוכית לתוך הכוס והוצא‬
‫אותו מן הכוס‪.‬‬
‫‪7 .7‬לכל כוס הוסף כ‪ 15 -‬גרם אוריאה‪ ,‬כסה בזכוכית שעון וחמם את התמיסה עד לרתיחה‬
‫מאוד קלה לכ‪ 45 -‬דקות‪ ,‬או עד קבלת צבע צהוב‪.‬‬
‫אם הרתיחה מאוד איטית ניתן לאבחן במעבר גם צבע כתום‪ .‬חשוב מאוד שהרתיחה‬
‫תהיה קלה ומבוקרת‪.‬‬
‫‪8 .8‬סנן בואקום את התמיסה החמה לתוך הכורית ששקלת‪ .‬הוסף מספר פעמים כמויות‬
‫קטנות (כ‪ 3 -‬מ"ל) של מים מזוקקים קרים לשטיפה ‪ -‬העזר במוט זכוכית‪ .‬לאחר שכל‬
‫החומר הועבר‪ ,‬שטוף כל כוס פעמיים בכ‪ 10 -‬מ"ל מים קרים וסנן‪.‬‬
‫‪9 .9‬בתום השטיפות השאר את הכורית במערכת הואקום עוד כדקה‪ .‬סגור את מערכת הואקום‪.‬‬
‫‪1010‬יבש את הדוגמה כשעה בתנור בטמפרטורה של ‪ .150°C‬העבר את הכוריות לקירור‬
‫בדסיקטור לטמפרטורת החדר‪ ,‬ושקול אותן בדייקנות‪ .‬הקפד לשקול מהר ‪ -‬החומר‬
‫היגרוסקופי (נוטה לספוח מים) ‪.‬‬
‫‪1111‬המשך לחמם לפרקי זמן של ‪ 10‬דקות‪ ,‬לקרר ולשקול‪ .‬חזור על כך עד להתייצבות המשקל‬
‫(בטווח של ‪ 0.3‬מיליגרם) ‪.‬‬
‫‪1212‬חשב את הריכוז המולרי של יוני הסידן‪ ,Ca2+ ,‬בנעלם‪ .‬ציין גם את הריכוז הממוצע ואת‬
‫הסטייה בין התוצאות‪.‬‬
‫‪1313‬מסור את הכוריות המכילות את המשקע כפי שהן (אל תנסה לנקותן)‪.‬‬
‫‪101‬‬
‫הערה‪ :‬בניסוי אנו מייבשים את החומר ב‪ 150-‬מעלות‪ .‬בתנאים הללו החומר שמתקבל הוא‬
‫‪ CaC2O4ּH2O‬וזאת ניתן לראות בדיאגרמת ‪( TGA‬אנליזה תרמו‪-‬גרבימטרית)‪ ,‬בה מוצג‬
‫כיצד החומר מאבד את המסה כפונקציה של הטמפרטורה‪:‬‬
‫לכן‪ ,‬החישובים נעשים על פי ‪ CaC2O4ּH2O‬ולא לפי קרבונט!‬
‫שאלות‪:‬‬
‫‪ .‬אהסבר את חשיבות "מהירות" תגובת השיקוע‪.‬‬
‫‪ .‬במדוע לא מערבבים את התמיסה במהלך החימום ?‬
‫‪ .‬גמדוע משתמשים בחומצה כלורית ולא לדוגמה חומצה חנקתית ?‬
‫‪ .‬דבאבן דולומיט ישנו סידן‪ .‬האם לפי דעתך ניתן לקבוע את אחוז הסידן באבן דולמיט‬
‫בשיטה זו ? פרט את תשובתך‪ .‬רשום בקיצור מהלך ניסוי‪.‬‬
‫‪ .‬הבדוק את מכפלת המסיסות של סידן אוקסאלט מונוהידראט‪.‬‬
‫‪ .‬ואלו חומרים באבן דולומיט יכולים להפריע לבדיקת הסידן?‬
‫‪102‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :27‬טיטרציה קומפלקסומטרית‪ :‬קביעה של סידן עם ‪EDTA‬‬
‫בטיטרצית התמרה‬
‫קומפלקסומטריה ‪ -‬רקע תאורטי‬
‫טיטרציה קומפלכסומטרית משמשת לקביעת יוני מתכת‪ ,‬שהם חומצות לואיס‪ :‬יכולים‬
‫לחלוק זוגות אלקטרונים הנתרמים ע"י ליגנדות‪ ,‬שהן לכן בסיסי לואיס‪.‬‬
‫‪ EDTA‬היא ליגנדה הקסאפרוטית‪:H6Y2+ ,‬‬
‫‪pK1=0.0‬‬
‫‪pK2=1.5‬‬
‫‪pK3=2.0‬‬
‫‪pK4=2.66‬‬
‫‪pK5=6.16‬‬
‫‪pK6=10.24‬‬
‫‪CH2CO2H‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪HNCH2CH2NH‬‬
‫‪HO2CH2C‬‬
‫‪HO2CH2C‬‬
‫‪CH2CO2H‬‬
‫ארבעת הערכים הראשונים מתייחסים לפרוטונים הקרבוכסיליים‪ ,‬והאחרונים לפרוטונים‬
‫האמיניים‪.‬‬
‫עבור כל צורון מגדירים את הגודל ‪ ,α‬למשל ‪ αY-4‬מוגדרת כ‪:‬‬
‫‪Y 4−‬‬
‫‪EDTA‬‬
‫=‬
‫‪Y 4−‬‬
‫‪+ H 5Y + + H 4Y + H 3Y − + H 2Y 2 − + H 3Y 3− + Y 4 −‬‬
‫‪2+‬‬
‫‪H 6Y‬‬
‫=‬
‫‪4−‬‬
‫‪αY‬‬
‫כאשר [‪ ]EDTA‬הוא הריכוז הכולל של כל הצורונים החפשיים בתמיסה‪.‬‬
‫קבוע ההווצרות של קומפלכס מתכת‪ EDTA-‬הוא קבוע ש"מ עבור הראקציה‪:‬‬
‫‪MY n − 4‬‬
‫‪M n+ Y 4−‬‬
‫= ‪Mn+ + Y4- ↔ MYn-4 K f‬‬
‫‪ Kf‬מוגדר עבור הראקציה של ‪ Y-4‬עם יון המתכת‪ ,‬אבל רוב ה‪ EDTA -‬אינו נמצא בצורה זו‬
‫מתחת ל‪ .pH=10.24 -‬הצורונים האחרים דומיננטיים יותר‪ .‬נוח לכן לבטא את הפרקציה של‬
‫הצורון החפשי כ‪ [Y4-] = αY-4 [EDTA] :‬ואת קבוע ש"מ כ‪:‬‬
‫‪MY n − 4‬‬
‫‪α Y 4 − EDTA‬‬
‫‪M n+‬‬
‫=‬
‫‪103‬‬
‫‪MY n − 4‬‬
‫‪4−‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪n+‬‬
‫‪M‬‬
‫= ‪Kf‬‬
‫ב‪ pH -‬קבוע‪ ,‬מגדירים קבוע הווצרות אפקטיבי‪:‬‬
‫‪MY n − 4‬‬
‫‪EDTA‬‬
‫‪M n+‬‬
‫= ‪⋅Kf‬‬
‫‪Y 4−‬‬
‫‪=α‬‬
‫‪K' f‬‬
‫‪ K’f‬מתאר את הווצרות ‪ MYn-4‬ב‪ pH -‬מסויים‪:‬‬
‫‪Mn+ + EDTA ↔ MYn-4 K’f = αY-4 Kf‬‬
‫בכל ‪ pH‬ניתן למצוא את ‪ αY-4‬ולהעריך את ‪.K’f‬‬
‫טיטרציות עם ‪EDTA‬‬
‫באופן אנלוגי לטיטרציות חומצה‪-‬בסיס‪ ,‬יון המתכת הוא בתפקיד החומצה ו‪EDTA -‬‬
‫בתפקיד הבסיס‪ .‬תגובת הטיטרציה היא‪:‬‬
‫‪K’f = αY-4 Kf‬‬
‫‪Mn+ + EDTA ↔ MYn-4‬‬
‫אם ‪ K’f‬גדול מספיק‪ ,‬ניתן להניח את שלמות התגובה בכל שלב בטיטרציה‪ ,‬הנחלקת לשלושה‬
‫איזורים‪:‬‬
‫‪1 .1‬לפני הנק' האק'‪ :‬באיזור זה ישנו עודף ‪ Mn+‬אחרי תגובה עם ‪ .EDTA‬ריכוז המתכת‬
‫החפשית הוא ריכוז ‪ Mn+‬שלא הגיב‪ .‬פירוק ‪ MYn-4‬זניח‪.‬‬
‫‪2 .2‬הנק' האק'‪ :‬כל יוני המתכת הגיבו עם ‪ EDTA‬ביחס ‪ .1:1‬ריכוז המתכת החפשית נובע‬
‫מפירוק חלק מהקומפלכס לפי ‪ .K’f‬בנקודה זו [‪.]Mn+] = [EDTA‬‬
‫‪3 .3‬אחרי הנק' האק'‪ :‬יש עודף ‪ EDTA‬וכמעט כל יוני המתכת מקומפלכסים‪ .‬ריכוז ה‪-‬‬
‫‪ EDTA‬מחושב לפי העודף‪ ,‬וריכוז המתכת מחושב לפי ‪.K’f‬‬
‫אינדיקטורים בטיטרציות קומפלכסומטריות‬
‫האינדיקטורים המשמשים בטיטרציות אלה הם צבעים אורגניים היוצרים קומפלכסים‬
‫צבעוניים עם יוני מתכת‪ ,‬בתחומי ריכוזים האופיניים למתכת ולאינדיקטור המסויימים‪.‬‬
‫אינדיקטור נפוץ הוא )‪ ,Eriochrome Black T (EBT‬שהוא חומצה חלשה‪ ,‬ונסמנו‪.H2In- :‬‬
‫התנהגותו כחומצה חלשה נראית במשוואות הבאות‪:‬‬
‫‪H2O + H2In- ↔ HIn2- + H3O+ K1 = 5×10-7‬‬
‫כחול אדום‬
‫‪K2 = 2.8×10-12‬‬
‫‪H2O + HIn2- ↔ In3- + H3O+‬‬
‫כתום כחול‬
‫‪104‬‬
‫לקומפלכסים המתכתיים של ‪ EBT‬יש בד"כ צבע אדום‪ ,‬כמו ל‪ ,H2In- -‬כלומר שכדי לזהות‬
‫יון מתכתי יש לווסת את ה‪ pH -‬ל‪ 7 -‬או יותר‪ ,‬כדי שהצבע הכחול של ‪ HIn2-‬ישלוט בהעדר‬
‫מתכת חופשית‪ .‬עד הנק' האק' האינדיקטור מקמפלכס את יון המתכת‪ ,‬והתמיסה אדומה‪.‬‬
‫כאשר ‪ EDTA‬נמצא מעט בעודף‪ ,‬התמיסה הופכת כחולה כתוצאה מהראקציה‪:‬‬
‫‪MIn- + HY3- ↔ Hin2- + MY2‬‬‫הדרישה מקבועי היציבות‪M-In < M-EDTA :‬‬
‫אם המתכת אינה משתחררת לחלוטין מהאינדיקטור‪ ,‬היא חוסמת אותו )‪EBT .(blocking‬‬
‫נחסם ע"י ‪ ,Cu2+ ,Ni2+ ,Co2+ ,Cr3+ ,Fe3+ ,Al3+‬ולכן אינו יכול לשמש אינדיקטור בטיטרציה‬
‫ישירה עם יונים אלה‪.‬‬
‫ראגנטי עזר (‪)Auxilary Complexing Agent‬‬
‫עבור רוב הקטיונים המתכתיים יש לווסת את ה‪ pH -‬לבסיסי‪ ,‬ואז שוקעים ההידרוכסידים‬
‫המתכתיים‪ .‬כדי למנוע זאת‪ ,‬מוסיפים ראגנט עזר מקמפלכס שישמור על הקטיון בתמיסה‪.‬‬
‫למשל‪ ,‬אבץ מטוטר בתווך המכיל ריכוז גבוה של אמוניה ואמוניום כלוריד (בופר‪)pH=10 ,‬‬
‫להבטחת שלמות הטיטרציה בינו לבין ‪ ,EDTA‬אבל בנוסף לכך אמוניה יוצרת קומפלכס‬
‫מסיס עם האבץ ומונעת הווצרות משקע אבץ‪-‬הידרוכסיד‪.‬‬
‫הדרישה מקבועי היציבות‪M-Aux. < M-EDTA :‬‬
‫מיסוך‬
‫ראגנט ממסך הוא ראגנט המגן על חלק מהאנליט מתגובה עם ‪ .EDTA‬למשל‪ Al3+ ,‬מגיב עם‬
‫‪ F‬ליצירת קומפלכס יציב ‪ .AlF63-‬ניתן לטטר ‪ Mg2+‬בתערובת עם ‪ Al3+‬ע"י מיסוך בהתחלה‬‫עם ‪ ,F-‬ואז רק ‪ Mg2+‬יגיב עם ‪.EDTA‬‬
‫ציאניד יוצר קומפלכסים יציבים עם קדמיום‪ ,‬קובלט‪ ,‬ניקל ועוד‪.‬‬
‫הדרישה מקבועי היציבות‪Int.-Mask. > Int.-EDTA :‬‬
‫דה‪-‬מיסוך הוא תהליך של שחרור המתכת מהראגנט הממסך‪.‬‬
‫‪105‬‬
‫שיטות טיטרציה עם ‪EDTA‬‬
‫ ‪-‬טיטרציה ישירה‪ :‬האנליט מטוטר עם ‪ EDTA‬סטנדרטי‪ .‬יש לווסת ל‪ pH -‬הנכון שבו‬‫קבוע ההווצרות האפקטיבי עבור הקומפלכס מתכת‪ EDTA-‬גדול מספיק ליצירת נק'‬
‫אק' חדה‪ .‬בהרבה טיטרציות משתמשים בראגנטי עזר למניעת שיקוע ההידרוכסיד‪.‬‬
‫ ‪-‬טיטרציה חוזרת‪ :‬כמות ידועה של ‪ EDTA‬מוספת לאנליט‪ ,‬והעודף מטוטר עם תמיסה‬‫סטנדרטית של יון מתכתי אחר‪ .‬משתמשים כאשר‪:‬‬
‫ ‪-‬האנליט שוקע בהעדר ‪.EDTA‬‬‫ ‪-‬התגובה עם ‪ EDTA‬איטית מדי‪.‬‬‫ ‪-‬אין אינדיקטור מתאים‪ :‬האנליט חוסם (‪ )blocking‬את האינדיקטור‪ ,‬כלומר מגיב איתו‬‫באופן בלתי הפיך ולא מאפשר להבחין בנק' הסיום‪.‬‬
‫הדרישה מהמתכת המשמשת בטיטרציה החוזרת שהיא לא תשחרר את האנליט‬
‫מהקומפלכס שלו עם ‪.EDTA‬‬
‫ ‪-‬טיטרצית התמרה (תשמש לקביעת סידן בנעלם)‬‫טיטרציה ישירה של סידן‪ ,Ca2+ ,‬אינה מדוייקת מאחר וליון זה אין אינדיקטור מתאים‪.‬‬
‫לעומת זאת )‪ Eriochrom Black T (EBT‬משמש כאינדיקטור טוב למגנזיום‪ .Mg2+ ,‬בנוסף‪,‬‬
‫‪ Kf‬עבור –‪CaY2‬גבוה יותר מ‪ Kf -‬של –‪.(logKMgY = 8.69 , logKCaY = 10.70) MgY2‬‬
‫בתנאים אלה‪ ,‬נוח להשתמש בטיטרציית התמרה‪.‬‬
‫לתמיסה המכילה יוני סידן מוסיפים כמות קטנה של תמיסה המכילה את הקומפלקס ‪MgY‬‬
‫(הנפח המדוייק שמוסיפים אינו חשוב)‪.‬‬
‫מכיוון שהקומפלקס של הסידן יותר יציב מזה של המגנזיום‪ ,‬הוספת תמיסה של ‪MgY‬‬
‫לתמיסה של ‪ Ca2+‬גורמת לדחיית ה‪ Mg2+ -‬מהקומפלקס והחלפתו ע"י ‪ .Ca2+‬אם מספר‬
‫המולים של סידן בתמיסה הוא ‪ ,x‬ומספר המולים של ‪ MgY‬שהוספו הוא ‪ ,y‬נשארים בתמיסה‬
‫‪ x-y‬מולים של ‪ ,Ca2+‬אותם מטטרים עם תמיסת ‪ EDTA‬מכוילת‪.‬‬
‫אחרי שכל הסידן הגיב עם ה‪ EDTA -‬בתגובת הטיטרציה‪ ,‬מגיב ה‪ Mg2+ -‬אשר הוסיפו‬
‫בהתחלה ואשר נדחה מהקומפלקס ‪ -‬כמותו ‪ y‬מולים‪ .‬גמר הקומפלקסציה שלו מתגלה ע"י‬
‫שינוי הצבע של האינדיקטור‪.‬‬
‫סה"כ ה‪ EDTA -‬שיש להוסיף לנקודה זו הוא‪ , (x-y) + y = x mol :‬שהוא מספר מולי הסידן‬
‫שהיו בתמיסה ההתחלתית‪.‬‬
‫‪106‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫‪1 .1‬העבר‪ ,‬בעזרת פיפטה‪ 10.0 ,‬מ"ל מתמיסת הנעלם לבקבוק כיול בנפח ‪ 100‬מ"ל והשלם עד‬
‫הקו במים מזוקקים‪.‬‬
‫‪2 .2‬העבר‪ ,‬בעזרת פיפטה‪ 10.0 ,‬מ"ל מהנעלם המהול לארלנמייר בנפח ‪ 250‬מ"ל‪.‬‬
‫‪3 .3‬הוסף ‪ 10‬מ"ל בופר ‪( pH = 10‬ממשורה בנפח ‪ 25‬מ"ל) ‪ 1 ,‬מ"ל תמיסת ‪Mg-EDTA 0.1M‬‬
‫(ממשורה בנפח ‪ 10‬מ"ל) ומספר טיפות מהאינדיקטור ‪( .E.B.T‬לקבלת צבע ורוד כהה)‪.‬‬
‫‪ 4 .4‬מלא ביורטה בנפח ‪ 25‬מ"ל בתמיסת ‪ EDTA 0.01M‬וטטר עד לשינוי לצבע כחול "נקי"‪,‬‬
‫ללא כל גוון של ורוד‪( .‬רצוי לשים דף לבן מתחת לארלנמייר)‪.‬‬
‫‪5 .5‬חזור על הטיטרציה לפחות עוד פעם אחת‪ ,‬עד שיהיו בידיך שתי תוצאות שאחוז הסטיה‬
‫ביניהן לא עולה על ‪.0.5%‬‬
‫‪6 .6‬חשב את הריכוז המולרי של יוני הסידן‪ ,Ca2+ ,‬בנעלם‪ .‬ציין גם את הריכוז הממוצע ואת‬
‫הסטייה בין התוצאות‪.‬‬
‫‪7 .7‬השווה לריכוז שהתקבל בשיטה הגרבימטרית‪.‬‬
‫‪8 .8‬דון בתוצאות שהתקבלו בשתי השיטות‪.‬‬
‫ניסויים לבדיקות מים‬
‫המים בטבע מכילים מלחים שונים בכמויות משתנות‪ .‬הקטיונים העיקריים הם‪Mg2+, Ca2+,:‬‬
‫‪ .Na+‬האניונים העיקריים הם‪ :‬ביקרבונטים ‪ ,HCO3-‬סולפטים ‪ ,SO42-‬כלורידים ‪ Cl-‬וכמויות‬
‫קטנות של ניטרטים ‪ .NO3-‬כמו כן נמצאים יסודות קורט כמו למשל ‪ Zn, Cu, Fe‬וכו'‪.‬‬
‫מים המכילים מלחי סידן ומגנזיום נקראים "מים קשים"‪ .‬מבחינים בין "קשיות חולפת" ‪-‬‬
‫"‪ - "Temporary hardness‬כאשר המים מכילים ביקרבונטים של סידן ומגנזיום‪ ,‬ו"קשיות‬
‫מתמדת" "‪ - "Permanent hardness‬כאשר המים מכילים סולפטים וכלורידים של סידן‬
‫ומגנזיום‪.‬‬
‫השם "קשיות חולפת" נובע מהעובדה שניתן באמצעי פשוט כמו הרתחה לשקע את יוני הסידן‬
‫והמגנזיום וע"י כך ל"רכך" את המים‪ .‬בהרתחה הופך הביקרבונט לקרבונט ומתקבלים‬
‫קרבונטים של סידן ומגנזיום‪ ,‬שהם מלחים קשי תמס‪ .‬התגובות המתרחשות הן‪:‬‬
‫‪CO32- + CO2 + H2O ↔ 2HCO3‬‬‫‪CaCO3(s) ↔ Ca2+ + CO32‬‬‫‪MgCO3(s) ↔ Mg2+ + CO32‬‬‫‪107‬‬
‫יוני סולפט וכלוריד לא משתנים עקב הרתחה ומכאן השם ‪" -‬קשיות מתמדת"‪.‬‬
‫את קשיות המים מבטאים במספר מיליגרמים של ‪ CaCO3‬בליטר מים (מליון מיליגרמים)‬
‫או במינוח המקובל ‪.(µg/mL = mg/L, Parts per million) ppm‬‬
‫קשיות המים מהווה בעיה רצינית בתעשיה‪ ,‬בעיקר בתהליכים של חימום‪ ,‬עקב היווצרות‬
‫משקע בלתי מסיס בדפנות הדודים או בצנרת‪ .‬מכאן הצורך במציאת דרכים ל"ריכוך" המים‬
‫או להרחקה טוטלית של מלחים מהמים‪.‬‬
‫בניסוי נקבע כמותית את ריכוזי היונים העיקריים‪.‬‬
‫בדיקות מים‬
‫‪ .1‬קביעת ריכוז יוני ‪ Ca2+‬ו‪.Mg2+ -‬‬
‫קביעת יונים אלה נעשית בטיטרציה ישירה עם ‪ .EDTA‬בשלב ראשון נקבעים שני הקטיונים‬
‫ביחד ב‪ pH 10 -‬תוך שימוש באינדיקטור ‪ .Eriochrome Black T‬בשלב שני נקבע ריכוז ‪Ca2+‬‬
‫בלבד‪ ,‬בסביבה בסיסית חזקה‪ ,‬באמצעות האינדיקטור ‪.Hydroxy-naphtol-blue -‬‬
‫‪ .2‬קביעת ריכוז יוני ‪Na+‬‬
‫ריכוז יוני ‪ Na+‬יקבע ע"י הפחתת ריכוז ‪ Ca2+‬ו‪ Mg2+ -‬מריכוז הקטיונים הכללי שיקבע ע"י‬
‫המחליף קטיונים‪.‬‬
‫‪ .3‬קביעת תכולת קטיונים כללית‬
‫בהעברת המים דרך מחליף קטיונים טעון ‪ ,H+‬מחליפים הקטיונים את מקום ‪ H+‬שברזין‪.‬‬
‫את ריכוז ה‪ H+ -‬ניתן לקבוע באמצעות בסיס סטנדרטי‪ ,‬וע"י כך לדעת את ריכוז הקטיונים‬
‫הכללי‪.‬‬
‫‪RSO3M + H+ ↔ RSO3 + M+‬‬
‫שיטה זו טובה רק עבור מלחים בהם האניונים הם נגזרת של חומצה חזקה‪ :‬בהחלפת‬
‫הקטיונים ב‪ H+ -‬מתקבלת החומצה החזקה המתאימה‪ ,‬אותה סותרים עם בסיס‪ .‬כאשר‬
‫האניון הוא נגזרת של חומצה חלשה‪ ,‬כגון ‪ ,HCO3-‬מתקבלת בהחלפת הקטיון ב ‪ H+‬החומצה‬
‫החלשה ‪ ,H2CO3‬אשר משבשת את התוצאות‪.‬לכן‪ ,‬לאחר העברת המים דרך המחליף‪,‬‬
‫מרתיחים לפרוק החומצה ‪ H2CO3‬ל‪ CO2 -‬ומים‪ ,‬ורק אז מטטרים עם הבסיס הסטנדרטי‬
‫קביעה זו אינה כוללת את הקטיונים שהיו קשורים ל‪ .HCO3- -‬מכאן שריכוז הקטיונים‬
‫הכלליים הוא סכום האקויולנטים שהתקבלו בטיטרציה עם ‪ NaOH‬מכוייל‪ ,‬לאחר העברה‬
‫במחליף קטיונים‪ ,‬ומספר האקויולנטים המתקבלים עבור ביקרבונט‪.‬‬
‫‪108‬‬
‫‪ .4‬קביעת ביקרבונט‬
‫ביקרבונט‪ ,HCO3- ,‬בהיותו בסיס חלש‪ ,‬ניתן לקביעה עם ‪ HCl‬בנוכחות האינדיקטור )‪(BCG‬‬
‫‪.Bromocresol-Green‬‬
‫‪ .5‬קביעת כלוריד‬
‫הקביעה תבוצע בשיטה קונדוקטומטרית‪ ,‬באמצעות ‪ AgNO3‬מכוייל‪.‬‬
‫‪ .6‬קביעת סולפט‬
‫ריכוז הסולפט יקבע ע"י הפחתת ריכוזי האניונים שנקבעו ישירות (‪ ,Cl-‬ו‪ )HCO3- -‬מריכוז‬
‫האניונים הכללי‪ ,‬שיקבע ע"י מחליף אניונים טעון ‪.Cl-‬‬
‫‪ .7‬קביעת תכולת אניונים כללית‬
‫בהעברת המים דרך מחליף אניונים טעון ‪ ,Cl-‬יוחלף הכלוריד ע"י האניונים שבמים‪ .‬את‬
‫ריכוז יוני ה ‪ Cl-‬ששוחררו מהעמודה ניתן לקבוע בשיטה קונדוקטומטרית‪.‬‬
‫מהלך הניסוי‬
‫קבל דוגמת מים מינרלים‪ .‬רשום את שם היצרן‪ .‬העתק את תכולת היונים שתבדוק בניסוי‬
‫כפי שכתוב על הבקבוק‪.‬‬
‫‪ .1‬קביעת ריכוז יוני ‪ Ca2+‬ו‪ Mg2+ -‬בעזרת תמיסה מכויילת של ‪:EDTA‬‬
‫א) קביעת ‪ Mg2+‬ו‪ Ca2+ -‬ביחד‪:‬‬
‫טיטרציה מקורבת‪:‬‬
‫מדוד בפיפטה ‪ 50‬מ"ל דוגמת מים לתוך ארלנמאייר בנפח ‪ 250‬מ"ל‪ .‬הוסף כ‪ 50 -‬מ"ל מים‬
‫מזוקקים‪ 10 ,‬מ"ל תמיסת מגן (‪ )pH - 10‬וכ‪ 3-5 -‬טיפות מהאינדיקטור ‪( E.B.T.‬לקבלת צבע‬
‫ורוד כהה)‪ .‬הוסף מביורטה בנפח ‪ 50‬מ"ל ‪ ,0.01M EDTA‬תוך בחישה עד מעבר הצבע מורוד‬
‫כהה לכחול (ללא גוון ורוד)‪.‬‬
‫‪109‬‬
‫טיטרציה מדויקת‪:‬‬
‫מדוד בפיפטה ‪ 50‬מ"ל דוגמת מים לתוך ארלנמאייר בנפח ‪ 250‬מ"ל‪ .‬הוסף כ‪ 50 -‬מ"ל מים‬
‫מזוקקים‪ 10 ,‬מ"ל תמיסת מגן (‪ .)pH - 10‬הוסף מהביורטה ‪ ,0.01M EDTA‬תוך בחישה‬
‫עד כ‪ 2-‬מ"ל לפני נק' הסיום‪ .‬הוסף מספר טיפות של האינדיקטור ‪ E.B.T.‬וקבע את נקודת‬
‫הסיום בדייקנות‪ .‬חזור על הקביעה פעם נוספת‪ ,‬עד שיהיו בידך ‪ 2‬תוצאות שאחוז הסטיה‬
‫ביניהן אינו עולה על ‪.0.5%‬‬
‫ב) קביעת ‪ Ca2+‬בלבד‪:‬‬
‫מדוד ‪ 50‬מ"ל בעזרת פיפטה מדוגמת המים לתוך בקבוק ארלנמאייר של ‪ 250‬מ"ל‪ .‬הוסף‬
‫במשורה ‪ 10‬מ"ל תמיסת טריאתנול‪-‬אמין ‪ ,20%‬ו‪ 10 -‬מ"ל תמיסת ‪ .30% NaOH‬הוסף‬
‫לתמיסה גרגירים אחדים של האינדיקטור )‪ ,Hydroxy-naphthol-blue (HNB‬וטטר עם‬
‫‪ 0.01M EDTA‬עד מעבר הצבע מורוד בהיר לתכלת בהיר (שקוף)‪.‬‬
‫‪ .2‬קביעת תכולת קטיונים כללית (בלי הקטיונים הקשורים לביקרבונט)‬
‫מדוד בפיפטה ‪ 25‬מ"ל מדוגמת המים‪ ,‬והעבר אותם בקצב של ‪ 30‬טיפות לדקה דרך עמודת‬
‫מחליף קטיונים טעונת ‪ .H+‬אסוף את כל הדוגמה לארלנמאייר בנפח ‪ 250‬מ"ל ושטוף את‬
‫העמודה ב‪ 25 -‬מ"ל מים מזוקקים‪ .‬בדוק להעדר חומציות בעזרת נייר ‪( pH‬השווה לחומציות‬
‫של מים מזוקקים)‪ .‬אם ה‪ pH -‬חומצי העבר עוד ‪ 25‬מ"ל מים מזוקקים‪ .‬הרתח את התמיסה‬
‫במשך כ‪ 2 -‬דקות‪ .‬קרר‪ .‬הוסף לתמיסה שאספת כ‪ 3-5 -‬טיפות אינדיקטור פנול‪-‬פתלאין וטטר‬
‫עם ‪ ,NaOH 0.02M‬מביורטה בנפח ‪ 25‬מ"ל‪.‬‬
‫יש לבצע בדיקה זו פעמיים בלבד (העברת המים בעמודת המחליף)‪.‬‬
‫‪ .3‬קביעת ביקרבונט‬
‫מדוד בפיפטה ‪ 50‬מ"ל דוגמת מים לבקבוק ארלנמאייר בנפח ‪ 250‬מ"ל וטטר אותה עם ‪0.02M‬‬
‫‪ HCl‬מכויילת (מביורטה בנפח ‪ 25‬מ"ל) בנוכחות האינדיקטורים מתיל אדום ‪( BCG +‬כ‪3 -‬‬
‫טיפות) עד קבלת צבע כחול‪-‬אפור‪ .‬הרתח כ‪ 2 -‬דק'‪ ,‬קרר והמשך לטטר עד לקבלת צבע וורוד‪.‬‬
‫‪ .4‬קביעת כלוריד‬
‫‪110‬‬
‫הוראות הפעלה‪ -‬מד מוליכות מדגם ‪ CON 11‬של חברת ‪Eutech‬‬
‫אנא שמור על מד המוליכות ועל האלקטרודה המחוברת אליו!‬
‫‪-‬‬
‫‪-‬ודא כי מד המוליכות נמצא בתוך הכן המיועד לו‪ ,‬על המדף‪.‬‬
‫לפני ביצוע המדידות‪ ,‬יש לשטוף את האלקטרודה ואת המכסה‬‫‬‫שלה בצורה הבאה‪ :‬הוצא בזהירות‪ ,‬בתנועה סיבובית‪ ,‬את המכסה‬
‫הצהוב מהאלקטרודה‪ .‬שים לב שהאטם הנמצא בראש האלקטרודה‬
‫(טבעת גומי שחורה) אינו נופל‪ .‬שטוף את המכסה במים מזוקקים‪ .‬שטוף‬
‫בזהירות את האלקטרודה במים מזוקקים‪ .‬החזר את המכסה הצהוב‬
‫למקומו‪ ,‬בתנועה סיבובית‪ ,‬בזהירות‪.‬‬
‫ ‪-‬הכנס את התקע לשקע החשמל‪.‬‬‫ ‪-‬לחץ על כפתור ה‪ ON -‬שעל מד המוליכות‪.‬‬‫ ‪-‬טבול את האלקטרודה בתמיסה הנמדדת‪ ,‬כך שהתמיסה תכסה את טבעת המתכת‬‫העליונה‪ ,‬והבוחש המגנטי לא יפגע בקצה האלקטרודה‪.‬‬
‫ ‪-‬המתן להתייצבות הקריאה‪.‬‬‫ ‪-‬העתק את ערך המוליכות למחברתך‪ .‬שים לב ליחידות!‬‫ ‪-‬בסיום העבודה‪ ,‬חזור על תהליך השטיפה‪ ,‬כפי שביצעת בהתחלה‪.‬‬‫ ‪-‬כבה את המכשיר ע"י לחיצה על כפתור ‪.OFF‬‬‫ ‪-‬הוצא את התקע מהשקע‪.‬‬‫לתוך כוס בנפח ‪ 100‬מ"ל‪ ,‬מדוד בפיפטה ‪ 50‬מ"ל מדוגמת המים‪ .‬טטר במנות של ‪ 0.5‬מ"ל עם‬
‫‪ 0.04M AgNO3‬מכוילת (מביורטה בנפח ‪ 25‬מ"ל) בשיטה קונדוקטומטרית‪ .‬יש לבצע בדיקה‬
‫זו פעמיים לפחות‪ ,‬עד שיהיו בידך ‪ 2‬תוצאות שאחוז הסטיה ביניהן אינו עולה על ‪.0.5%‬‬
‫‪ .5‬קביעת תכולת אניונים כללית‬
‫מדוד בפיפטה ‪ 25‬מ"ל מדוגמת המים והעבר אותה באיטיות דרך עמודת מחליף אניונים‬
‫טעונת ‪ Cl-‬לתוך כוס בנפח ‪ 100‬מ"ל‪ .‬שטוף את העמודה ב‪ 25 -‬מ"ל מים מזוקקים ‪ -‬בדוק‬
‫להעדר כלורידים באמצעות ‪ AgNO3‬אינדיקטור‪ :‬קח טיפה היוצאת מהעמודה על זכוכית‬
‫שעון‪ ,‬והוסף טיפת ‪ AgNO3‬אינדיקטור‪ .‬אם מופיע משקע לבן ‪ -‬המשך לשטוף את העמודה‪,‬‬
‫עד שלא יופיע משקע כזה (תתקבל תמיסה צלולה)‪ .‬טטר את הדוגמה שאספת בשיטה‬
‫‪111‬‬
‫קונדוקטומטרית‪ ,‬כפי שבצעת בקביעת כלורידים (סעיף ‪.)4‬‬
‫עיבוד התוצאות‬
‫את התוצאות יש לסכם בטבלה הבאה‪:‬‬
‫אקויולנטים ‪ Mg2+ Ca2+ CaCO3 Na+ HCO3- Cl-‬אקויולנטים‬
‫א נ י ו נ י ם ‪ (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (M) (M) ,‬קטיונים‪ ,‬כללי‬
‫(‪)N‬‬
‫כללי (‪)N‬‬
‫‬
‫שים לב‪:‬‬
‫‪ .‬אחלק מהריכוזים ניתנים ביחידות של נורמליות (‪ )N‬וחלק במולריות (‪ .)M‬הקפד בחישוביך‬
‫על מעבר נכון בין היחידות למניעת טעויות‪.‬‬
‫‪ .‬בבדוק התאמה בין ריכוז קטיונים כללי לריכוז אניונים כללי‪.‬‬
‫‪ .‬גהשוה את תוצאותיך לתוצאות היצרן‪.‬‬
‫‪112‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :28‬מיצוי‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫הפרדה בין שני חומרים המתמוססים בממסים שונים‬
‫חומרים וכלים‪:‬‬
‫משפך מפריד ‪ 100‬מ"ל‬
‫ציקלוהקסאן‬
‫מים מזוקקים‬
‫גביש יוד )‪I2(s‬‬
‫אבקת נחושת גופרתית )‪CuSO4(s‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬הכניסו לתוך משפך מפריד ‪ 20‬מ"ל מים ו – ‪ 20‬מ"ל ציקלוהכסאן ‪.C6H12(l) -‬‬
‫מה אתם רואים?‬
‫‪2 .2‬פקקו היטב את המשפך מפריד ונערו אותו עד לערבוב טוב של שתי השכבות‪.‬‬
‫השאירו את המשפך במנוחה למשך מספר דקות‪.‬‬
‫מה אתם רואים?‬
‫‪3 .3‬הכניסו לתוך המשפך מספר גבישי יוד )‪ ,I2(s‬פקקו ונערו‪ .‬השאירו את המשפך במנוחה‬
‫למשך מספר דקות‪.‬‬
‫מה אתם רואים?‬
‫‪4 .4‬הכניסו לתוך המשפך מספר גבישי נחושת גופרתית‪ CuSO4(s) ,‬פקקו ונערו‪.‬‬
‫השאירו את המשפך במנוחה למשך מספר דקות‪.‬‬
‫מה אתם רואים?‬
‫‪5 .5‬הפרידו את שתי השכבות לתוך שתי כוסות‪.‬‬
‫‪6 .6‬הכניסו לתוך משפך מפריד אחר מעט מתערובת ה‪ ,I2(s) + CuSO4(s) -‬הוסיפו ‪ 25‬מ"ל מים‬
‫מזוקקים ו ‪ 25 -‬מ"ל ציקלוהכסאן‪ ,‬פקקו ונערו‪.‬‬
‫השאירו את המשפך במנוחה למשך מספר דקות‪.‬‬
‫מה אתם רואים?‬
‫‪113‬‬
‫‪7 .7‬הפרידו את שתי השכבות לתוך שתי כוסות‪.‬‬
‫שאלות ודיון‪:‬‬
‫‪1 .1‬מדוע התקבלו שתי שכבות של נוזל? הסבירו במונחים של מבנה וקישור‪.‬‬
‫‪2 .2‬מדוע היה צורך לערבב היטב את התמיסות? פרטו‪.‬‬
‫‪3 .3‬מדוע כל שכבה "נצבעה" בצבע שונה? פרטו‪.‬‬
‫‪4 .4‬על איזו תכונה של החומרים מתבססת שיטת ההפרדה? פרטו‪.‬‬
‫‪5 .5‬האם ההפרדה הייתה טובה? הציעו דרך לבדוק זאת?‬
‫‪6 .6‬הציעו דרך לקבל כל אחד מן המוצקים המומסים בצורה נקייה‪.‬‬
‫‪7 .7‬מהן התכונות ההכרחיות שצריכות להיות לשני הממסים על‪-‬מנת שיתאימו לשמש בשיטת‬
‫‪114‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :29‬הפרדת תערובות‬
‫חלק א' ‪ -‬הפרדה בין חומרים שונים בתערובת‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫הפרדה בין חומרים שונים בתערובת‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫ ‪-‬תערובת חומרים המכילה‪ :‬אבקת ברזל )‪ ,Fe(s‬מלח בישול )‪ ,NaCl(s‬חול )‪.SiO2(s‬‬‫ ‪-‬בקבוק מים מזוקקים‬‫ ‪-‬מבער‬‫ ‪-‬מגנט עטוף בניילון‬‫ ‪ 4-‬כוסות כימיות‬‫ ‪-‬משפך‬‫ ‪-‬נייר סינון‬‫‪- -‬מקל בחישה‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪ .‬אתכנן ניסוי להפרדת התערובת למרכיביה בעזרת החומרים שברשותך‪.‬‬
‫‪ .‬בבצע את הניסוי כך שתקבל כל אחד ממרכיבי התערובת בנפרד‪( .‬רשום את השלבים אותם‬
‫ביצעת במפורט)‪.‬‬
‫‪ .‬גמהם עקרונות ההפרדה שעליהן מבוסס הניסוי?‬
‫‪ .‬דהשלם את תרשים הזרימה‪( :‬במלבנים רשום את החומרים ועל החיצים את עקרונות‬
‫ההפרדה)‬
‫‪115‬‬
‫חלק ב' ‪ -‬הפרדה בין שתי אבקות‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫הפרדה תערובת של שתי אבקות על סמך מסיסות שונה במים‪.‬‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫ ‪ 4-‬כוסות כימיות‬‫ ‪-‬נחושת גופרתית ‪)s(CuSO4‬‬‫ ‪-‬סידן גופרתי ‪)s(CaSO4‬‬‫ ‪-‬כפית‬‫ ‪-‬משפך‬‫ ‪-‬נייר סינון‬‫ ‪-‬מקל זכוכית‬‫ ‪-‬גזיה‬‫‪- -‬מים מזוקקים‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪ .‬אלכוס כימית הכנס חצי כפית של‪ :‬נחושת גופרתית )‪ CuSO4(s‬וחצי כפית של סידן גופרתי‬
‫)‪ .CaSO4(s‬הוסף ‪ 40‬מ"ל מים מזוקקים‪ .‬בחש היטב עם מקל זכוכית‪.‬‬
‫רשום תצפיותיך‪.‬‬
‫‪ .‬בסנן את תכולת הכוס בעזרת נייר סינון‪.‬‬
‫‪1 .1‬רשום מה קיבלת על גבי נייר הסינון‪ .‬מה צבעו של החומר שנאסף על גבי נייר הסינון?‬
‫‪2 .2‬מה קיבלת בתוך הכוס הכימית? מה צבע התסנין שאספת?‬
‫‪ .‬גחמם את התסנין עד שתבחין בשינוי המתרחש בכלי‪ .‬מהם תצפיותייך?‬
‫‪ .‬דאיזה מבין שני האבקות שבדקת הנו קשה תמס או קל תמס? הסבר‪.‬‬
‫‪116‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :30‬אלקטרוליזה‬
‫מטרת הניסוי‪:‬‬
‫אלקטרוליזה של תמיסת נחושת כלורית )‪.CuCl2(aq‬‬
‫הגדרות‪:‬‬
‫ ‪-‬חומר יוני‪ -‬תרכובת המורכבת מיסוד מתכתי ומיסוד אלמתכתי‪.‬‬‫ ‪-‬אלקטרוליזה‪ -‬פרוק חומר ע"י זרם חשמלי‪.‬‬‫ ‪-‬אלקטרודה‪ -‬עשויה מחומר מוליך (גרפיט)‪ .‬תפקידה להוליך זרם חשמלי‪.‬‬‫ ‪-‬אנודה‪ -‬אלקטרודה חיובית‪.‬‬‫קתודה‪ -‬אלקטרודה שלילית‬
‫חומרים וציוד‪:‬‬
‫ •תמיסת נחושת כלורית‬
‫ •מכשיר לבדיקת מוליכות עם נורה‬
‫ •סוללות‬
‫ •חוטי חיבור‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫‪1 .1‬חבר את המכשיר לפי הדגמת המרצה‪.‬‬
‫‪2 .2‬הכנס את האלקטרודות לכוס המכילה תמיסת נחושת כלורית‪.‬‬
‫התבונן במתרחש ליד כל אחת מהאלקטרודות‪.‬‬
‫רשום תצפיותייך‪.‬‬
‫‪3 .3‬רשום ניסוח מתאים למתרחש ליד כל אלקטרודה‪.‬‬
‫‪4 .4‬רשום ניסוח כולל לתהליך האלקטרוליזה‪.‬‬
‫‪117‬‬
‫ננו‪-‬חומרים‪ -‬חומרים בגודל ננומטרי‬
‫מדע הכימיה עוסק רבות במחקר ואפיון אטומים ומולקולות כאובייקט יחיד מצד אחד‪ ,‬ומצד‬
‫שני כמטריצה של מעל ‪ 1020‬אטומים או מולקולות‪ .‬בתקופה האחרונה אנו ערים להתקדמות‬
‫גדולה מאוד הן בתחום המחקר והן בתחום התעשייה בנושא חלקיקים (מטריצות אטומים)‬
‫בגודל זעיר מאוד של מספר ננומטרים עד מאות ננומטרים‪.‬‬
‫חומרים בעלי מבנה ננומטרי יכולים להיות מתכות‪ ,‬חומרים מגנטיים‪,‬קרמיים‪ ,‬חצאי‬
‫מוליכים או חומרים דמויי יהלום‪ .‬חומרים אלה הם בעלי תכונות מכניות‪ ,‬אלקטרוניות‪,‬‬
‫אופטיות ומגנטיות השונות ולעיתים אף הפוכות לתכונותיהם של אותם חומרים במטריצות‬
‫לא ננומטריות (‪ .)bulk‬לדוגמא‪ ,‬ננוחלקיקים של מתכות הם חזקים‪ ,‬פחות גמישים ובעלי‬
‫התנגדות חשמלית גבוהה ממתכות במצב הקונבנציונאלי‪ ,‬לעומת זאת חומרים קרמיים הם‬
‫יותר גמישים ובעלי מוליכות חשמלית גבוהה מחומרים קרמיים בפאזה רגילה‪ .‬נמצאו גם‬
‫שינוים בתכונות חשמליות‪ ,‬מגנטיות‪ ,‬מכניות ואופטיות של הננוחלקיקים לעומת החומר‬
‫במצב הרגיל‪.‬‬
‫שינויים אלה נובעים מגודל החלקיק וממספר האטומים הנמצאים על שטח הפנים של‬
‫החלקיק‪ .‬תכונות חדשות לחומרים יוצאי דופן אלו הסבו את תשומת לב התעשייה‪ ,‬וכיום‬
‫השימוש בחומרים אלו הוא נרחב ובא לידי ביטוי בתעשיות רבות הדורשות מזעור מרבי‬
‫כמו בתעשיות הטכנולוגיה המתקדמת‪ ,‬האלקטרוניקה‪ ,‬האופטיקה‪ ,‬בתחום הרפואה (שחרור‬
‫מבוקר) ועוד‪ .‬בנוסף ליתרונותיהם הבולטים של ננוחומרים ישנם גם חסרונות לא מעטים‬
‫הנובעים מגודלם‪ .‬החסרון הראשון‪ ,‬שבמקרים מסוימים ניתן לראות אותו כיתרון‪ ,‬הוא‬
‫‪118‬‬
‫פעילותם הכימית הרבה‪ .‬כתוצאה מפעילות כימית גבוהה‪ ,‬קשה מאוד לייצר ולאחסן חומרים‬
‫אלו‪ .‬יש צורך גדול מאוד לשומרם באווירה אינרטית‪ ,‬במידת הצורך‪ ,‬לבל יהיו זיהומים או‬
‫תהיינה תגובות לא רצויות‪ .‬הפעילות הכימית הגבוהה מיוחסת למספר אטומים גדול מאוד‪,‬‬
‫הממוקמים על פני השטח של הננוחלקיק יחסית לנפחו‪ .‬החסרון השני נובע מהתנהגותם‬
‫הדומה להתנהגות אבק‪.‬‬
‫זוהי הסיבה העיקרית בגללה חברות רבות משווקות ננוחלקיקים כתרחיף בנוזל מימי או‬
‫אורגני (תמיסה קולואידית)‪ .‬חסרון נוסף הוא הנטייה שלהם ליצור צברים‪ ,‬אגלומרטים‪.‬‬
‫יצירת האגלומרט יוצרת בעיה קשה בתחום האפליקציות האפשריות לננוחומרים‪ .‬בעיה‬
‫אחת היא שלא ניתן ליצור תרחיף אחיד ובעיה אחרת כאשר באמצעים מכניים מצליחים‬
‫להתגבר על האגלומרט ולשבור אותו ואז נוצרים ננוחלקיקים בגדלים שונים‪.‬‬
‫בתחילת המאה ה‪ 20-‬התרחש גידול עצום בתחום הכימיה הקולואידית בעקבות התרומות‬
‫החלוציות של אוסטוולד ומיי‪ .‬המשותף למדענים אלו הוא ההכרה בשינוי הדרמטי ביחס‬
‫שבין האטומים בפני השטח לבין האטומים הפנימיים‪ ,‬כשאר מחלקים גוף מיקרוסקופי‬
‫לחלקים קטנים‪ .‬כדוגמה לשינוי הדרמטי שחל במספר האטומים בפני השטח עם ירידת גוגל‬
‫החלקיק‪ ,‬ניקח קוביית ברזל בעלת פאות באורך סנטימטר אחד‪ .‬אחוז האטומים בפני השטח‬
‫מכלל האטומים בקובייה יהיה בסך הכל ‪ ,~5%‬חלוקת הקובייה לקוביות קטנות בעלות‬
‫פאות של ‪ 10 nm‬תעלה את אחוז האטומים בפני השטח ל ‪ ,10%‬ובקובייה באורך ‪ 1‬ננומטר‬
‫כל אטום יהיה בפני השטח!‬
‫עובדה זו ממחישה מדוע שינוי גודל של מספר ננומטרים עשוי להוביל לשינוי דרסטי בתכונות‬
‫הפיזיקליות והכימיות של ננו‪-‬חלקיקים‪.‬‬
‫‪119‬‬
‫תמיסה קולואידית‬
‫מערכת קולואידית הינה מערכת הטרוגנית‪ ,‬המכילה לפחות שני מרכיבים‪ ,‬רכיב אחד מהווה‬
‫"פאזה מפזרת" והשני "פאזה מפוזרת"‪ .‬הפאזה המפזרת חייבת להיות רציפה‪ ,‬והפאזה‬
‫המפוזרת מורכבת מחלקיקים ננומטריים המפוזרים בדרך כלל בצורה אחידה בפאזה‬
‫המפזרת‪.‬‬
‫חלקיקם קולואידים מוגדרים כחלקיקים אשר גודלם נע בין מספר ננומטרים עד מאות‬
‫ננומטרים‪ ,‬המפוזרים בפאזה מפזרת מימית "‪ ,"hydrosols‬או בפאזה מפזרת אורגנית‬
‫"‪."organaosols‬‬
‫נוכחות חומרים מייצבים במערכת מהווה תפקיד חשוב בפיזור החלקיקים בתמיסה ומניעת‬
‫אגרגציה‪.‬‬
‫ייצוב דספרסיה קולואידית מתרחש הודות לאינטראקציות בין החלקיק לחומר המייצב‪.‬‬
‫הייצוב הוא תולדה של שני מנגנונים‪ ,‬סטרי ואלקטרוסטטי‪.‬‬
‫‪120‬‬
‫נכנסים קצת לעולם הננו‪-‬כימיה!‬
‫‪121‬‬
‫מעבדה מס' ‪ :31‬הכנת תמיסה קולואידית של זהב‬
‫בניסוי הנ"ל‪ ,‬ניצור ננו‪-‬חלקיקים של זהב (ננו = ‪ 10-9‬מטר) שנקרא להם קולואידים של זהב‬
‫המיוצבים באמצעות מטען חשמלי‪ .‬הדחייה החשמלית הקיימת בין החלקיקים‪ ,‬גורמת‬
‫להם לדחות אחד את השני ולא להתאחד לגוש אחד ששוקע מהתמיסה‪ .‬באופן זה מתקבלת‬
‫תמיסה מיוצבת של קולואידים של זהב‪.‬‬
‫קולואידים של זהב היו בשימוש כבר בימי הביניים‪ ,‬כאשר הצבע האדום יין שלהם שימש‬
‫לצביעת זכוכיות הכנסייה בויטראז'ים‬
‫ויטראז' של כנסייה מימי הביניים‪ .‬הצבע האדום מקורו בננו‪-‬חלקיקי זהב המצויים בזכוכית‬
‫הקולואידים מיוצרים בתמיסה מימית תוך חיזור מלח כלורי של זהב בעזרת נתרן ציטראט‪,‬‬
‫לפי הריאקציה הבאה‪:‬‬
‫‪3C6H5Na3O7 + 3AuCl3 → 3C5H4O5Na2 + 9CO2 + 3HCl + 3NaCl + 3Au0‬‬
‫רשימת חומרים‪:‬‬
‫‪HAuCl41 .1‬‬
‫‪2 .2‬נתרן ציטרט ‪Na3C6H5O7.2H2O‬‬
‫‪NaCl3 .3‬‬
‫‪4 .4‬כוס בנפח של ‪ 50‬מ"ל‬
‫‪5 .5‬אמבט חימום וערבוב מגנטי‬
‫‪6 .6‬שתי מבחנות‬
‫‪122‬‬
‫מהלך הניסוי‪:‬‬
‫חלק א' – הכנת קולואידים של זהב‬
‫‪1 .1‬הכניסו ‪ 100‬מ"ל תמיסת מלח הזהב ‪ HAuCl4 -‬לארלנמייר‪( .‬ריכוז התמיסה ‪)0.1M‬‬
‫‪2 .2‬הוסיפו מגנט קטן והפעילו את הסטירר תוך חימום‪.‬‬
‫‪3 .3‬כאשר תמיסת הזהב כלורי הגיעה לרתיחה‪ ,‬הוסיפו ‪ 2‬מ"ל מתמיסת הסודיום ציטרט‪.‬‬
‫‪4 .4‬המשיכו בהרתחת התמיסה‪ ,‬תוך כדי ערבוב‪.‬‬
‫‪5 .5‬לאחר ‪ 10‬דקות ערבוב ברתיחה‪ ,‬מתקבלת תמיסת קולואיד הזהב‪.‬‬
‫לפני שנמשיך בניסוי ננסה להבין מה מיוחד בתמיסת הקולואיד של זהב לעומת תמיסה‬
‫רגילה‪( ,‬למשל תמיסה של תרכיז מיץ פטל במים)‪.‬‬
‫שתי התמיסות בעלות צבע אדום‪ ,‬שתי התמיסות צלולות (כלומר ניתן לראות דרכן)‪ .‬ובכל‬
‫זאת תמיסת הקולואידים מכילה ננו‪-‬חלקיקים מרחפים‪ ,‬בעוד שתמיסה רגילה מכילה‬
‫מולקולות קטנות או יונים במים‪ .‬הסעיף הבא יאפשר לנו לאבחן את ההבדל המיקרוסקופי‬
‫בין שתי התמיסות על ידי מדידה מאקרוסקופית‪.‬‬
‫‪6 .6‬העבירו למבחנה ‪ 4‬מ"ל מתמיסת הקולואיד‬
‫‪7 .7‬העבירו למבחנה ‪ 4‬מ"ל תמיסת מיץ פטל‬
‫‪8 .8‬האירו באמצעות לייזר את שתי התמיסות‪ ,‬וכתבו את תצפיותיכם‪.‬‬
‫שאלה ‪:1‬‬
‫אילו הבדלים אתם מוצאים בין מעבר אור הלייזר בתמיסה "רגילה" של מיץ פטל לעומת‬
‫מעבר קרן הלייזר בתמיסת הקולואיד?‬
‫_______________________________________________________________‬
‫שאלה ‪:2‬‬
‫ציירו איורים המתארים את שתי התמיסות‪ :‬א‪ .‬תמיסת קולואיד הזהב‪ ,‬ב‪ .‬תמיסת מיץ‬
‫פטל‪ .‬האיור צריך להראות כיצד נראים חלקיקי התמיסה ברמה המולקולרית ולהיות מלווה‬
‫בהסברים מילוליים‪.‬‬
‫‪123‬‬
‫‪1 .1‬העבירו למבחנה ‪ 4‬מ"ל מתמיסת הקולואיד למבחנה‪ .‬הוסיפו בהדרגה טיפות של‬
‫תמיסת ‪ 1M NaCl‬וערבבו לאחר הוספת כל טיפה עד לקבלת שינוי בולט בצבע‬
‫התמיסה‪ .‬צפו בשינוי‪ .‬רשמו לעצמכם את מספר הטיפות שנדרשו לקבלת שינוי הצבע‪.‬‬
‫שאלה ‪:3‬‬
‫הסבירו מה גרמה הוספת המלח לתמיסת הקולואידים ברמה המולקולארית‪.‬‬
‫מדידת ספקטרום הבליעה של תמיסת קולואיד הזהב‬
‫חומרים צבועים בולעים קרינה באורך גל הנראה‪ .‬אורכי גל שונים מתאימים לצבעים שונים‪.‬‬
‫לתוך המכשיר מכניסים ‪ 2‬קיווטות‪ :‬אחת עם התמיסה הנבדקת והשניה עם מים מזוקקים‬
‫ נקראת תמיסת "בלאנק" ‪ -‬כלומר תמיסת הייחוס‪ ,‬מאחר ותמיסת קולואיד הזהב הוכנה‬‫במים מזוקקים‪.‬‬
‫מכשיר הספקטרופוטומטר מודד את ספקטרום בליעת האור של התמיסה מבוקשת ושל‬
‫תמיסת הייחוס‪ .‬במידה והתמיסה אכן בולעת בתחום הנבדק מופחתת בליעה זו באופן‬
‫אוטומטי בעת מדידת הדוגמא עצמה (תמיסת קולואיד הזהב)‪ .‬באופן זה מתקבלת בליעת‬
‫החומר המומס במים בלבד‪.‬‬
‫הבליעה המירבית של תמיסת קולואיד הזהב היא באורך גל‪:‬‬
‫___________________________‬
‫שאלה ‪:5‬‬
‫שערו מה הקשר בין צבע התמיסה לגודל הננו‪-‬חלקיקים?‬
‫_______________________________________________________________‬