Protecţia muncii în laboratorul de chimie

2. LUCRĂRI DE LABORATOR  

2.1. Protecţia muncii în laboratorul de chimie 

Siguranţa lucrului în laboratorul de chimie este foarte importantă deoarece toate  substanţele se consideră mai mult sau mai puţin toxice şi într-o anumită măsură multe  experienţe pot deveni deosebit de periculoase dacă cel care lucrează nu cunoaşte natura  reactivilor utilizaţi, caracteristicile aparaturii sau nu este atent la manipularea acestora.  

Pentru prevenirea accidentelor în laboratorul de chimie se vor respecta anumite  reguli de comportament şi de lucru menite să asigure atât securitatea personală cât şi a  întregului colectiv.  

Studenţii trebuie să respecte următoarele reguli:  

• Pe mesele de lucru se vor păstra numai caietele de laborator, instrumentele de scris  şi calculatoarele. Hainele şi genţile se duc la cuier.  

• Purtarea halatului este obligatorie pe parcursul orelor de laborator.  • Nu se mănâncă şi nu se fumează în laborator.  

• Se vor evita discuţiile şi deplasările inutile de la masa de lucru pentru a nu întrerupe  lucrarea de laborator şi pentru a nu deranja alţi colegi.  

• În laborator se studiază mai întâi conţinutul lucrării şi apoi se efectuează lucrarea  propriu-zisă. Instalaţia se supraveghează în mod obligatoriu pe tot parcursul  experimentului.  

• Este interzisă efectuarea altor lucrări de laborator în afara celor programate.  

• Neatenţia şi neglijenţa duc inevitabil la rezultate slabe şi pun în pericol siguranţa  personală cât şi a celorlalţi.  

• Vasele de laborator se manevrează cu atenţie pentru a se evita vărsarea reactivilor.  În cazul în care a apărut o astfel de situaţie, studentul va curăţa obligatoriu locul  respectiv, ţinând seama de natura reactivului.  

• La terminarea orelor de laborator, se va curăţa masa de lucru, se va spăla sticlăria  utilizată în timpul laboratorului şi se vor aranja la locul lor toate vasele şi  instrumentele folosite.  

• În scopul evitării intoxicaţiilor cu KCN, H2S, CS2, NH4OH concentrat, CO, SO2,  HCN, Hg, CH3OH, etc. operaţiile care implică utilizarea acestor substanţe se vor  efectua numai sub nişă.  

• Se interzice testarea substanţelor prin gustare sau mirosirea directă a reactivilor.  Accidentele care se pot produce în laboratoarele de chimie pot fi grupate în  următoarele categorii: intoxicaţii, arsuri, traumatisme şi electrocutări. În funcţie de  natura substanţelor, pătrunderea acestora în organism se poate face fie prin inhalarea  vaporilor, fie prin atingerea substanţelor sau chiar pe cale digestivă.  În caz de intoxicaţie, măsurile de prim ajutor se aplică în funcţie de natura  reactivului, de exemplu:  

Pentru a evita arsurile chimice sau termice se evită contactul cu substanţe toxice  sau cu suprafeţe fierbinţi (manipularea obiectelor fierbinţi, triunghi de şamotă, creuzet,  capsulă, etc., se face numai cu cleşti metalici).  

Vasele de sticlă se încălzesc progresiv pe site de azbest sau pe băi de nisip.  Încălzirea directă (în flacără) a eprubetelor se face cu atenţie agitând uşor şi continuu,  pentru a evita supraîncălzirea locală a conţinutului acestora.  

Substanţele uşor inflamabile nu vor fi păstrate sau manipulate în apropierea  becurilor de gaz.  

În cazul arsurilor uşoare, pielea se spală cu spirt medicinal şi apoi se aplică o  cremă protectoare, dezinfectantă.  

Prepararea soluţiilor însoţite de degajare mare de căldură (diluarea acidului  sulfuric, prepararea amestecului sulfocromic) se va face în vase de sticlă cu pereţi  

8 Chimie Anorganică, Aplicaţii, C. Guran, I. Jitaru, O. Micu, D. Berger, O. Oprea, F. Dumitru

rezistenţi. Diluarea acidului sulfuric concentrat, cu apă, se va face întotdeauna prin  turnarea acidului în apă şi nu invers.  

Electrocutările pot apărea ca urmare a montării defectuoase a aparaturii electrice  (prize defecte, cabluri neizolate, neîmpământare, etc).  

 

• masa de lucru trebuie să rămână curată  

• verifică dacă ai spălat ustensilele cu care ai lucrat  

• închide becul de gaz.  

2.2. Ustensile de laborator  

12 Chimie Anorganică, Aplicaţii, C. Guran, I. Jitaru, O. Micu, D. Berger, O. Oprea, F. Dumitru

Întrebări  

Selectaţi ustensilei şi / sau instalaţiile necesare pentru:  

• obţinerea unor soluţii de NaOH 1M şi 0.1M prin cântărire sau diluare  • separarea componentelor din amestecurile: H2O / C2H5OH sau H2O / CCl4, BaSO4 /  apă 

• obţinerea CaO din CaCO3 

• deshidratarea unei substanţe cristaline, CuSO4.5H2O.  

2.3. Operaţii fundamentale în laboratorul de chimie anorganică 

2.3.1. Cântărirea  

Cântărirea se efectuează cu ajutorul balanţei. Aceasta trebuie să fie aşezată pe o  consolă (masă perfect orizontală), ferită de variaţii de temperatură, umiditate şi curenţi  de aer. Balanţele, în funcţie de sensibilitate se clasifică în: tehnice (sensibilitate 0,1g sau  0,01g) şi analitice (sensibilitate ≥ 10-4g).  

La rândul lor, balanţele analitice, în funcţie de sensibilitate, se pot clasifica astfel:  

  

Reguli de cântărire  

1. Balanţa trebuie menţinută curată. Pentru îndepărtarea prafului sau a substanţelor  chimice împrăştiate pe balanţă, se folosesc perii moi. 

2. Nu se cântăresc obiecte calde sau prea reci. Temperatura obiectului trebuie să fie cea  a mediului ambiant. 

3. Substanţele se cântăresc pe sticle de ceas (uscate şi curate), iar în cazul unor  substanţe higroscopice (pentru a evita absorbţia CO2 sau a vaporilor de apă din  atmosferă) sau volatile, se folosesc pentru cântărire fiole de cântărire închise, cu dop  şlefuit (rodat). 

4. Prima şi ultima operaţie la balanţa analitică trebuie să fie verificarea punctului  zero. 

5. La cântărire, se lucrează numai prin uşile laterale ale balanţei. 

6. Adăugarea şi ridicarea greutăţilor de pe platan se face numai cu balanţa închisă. 7. Balanţa nu se încarcă peste sarcina maximă admisă. 

8. Manipularea greutăţilor se face cu penseta, iar a obiectelor de cântărit (creuzete,  capsule) cu un cleşte pentru a se evita imprimarea amprentelor digitale şi a urmelor  de umiditate de pe mâini, etc. 

9. Obiectele de cântărit (şi greutăţile când este cazul) se pun pe mijlocul platanului  balanţei pentru a evita oscilaţiile balanţei. 

Tipuri de balanţe  

• Balanţa analitică cu două platane – are scală optică, iluminată electric. Greutăţile  se introduc cu ajutorul pensetei pe platanul din dreapta, iar obiectele de cântărit pe  talerul din stânga. Atât obiectele de cântărit, cât şi greutăţile trebuie aşezate pe  mijlocul talerelor pentru a evita oscilaţiile balanţei. Decigramele şi centigramele se  introduc cu ajutorul celor două tambure laterale. Pe ecranul optic al balanţei se citesc  a treia şi respectiv a patra zecimală. 

• Balanţa monoplatanică - asigură o cântărire mai rapidă deoarece greutăţile se  introduc automat. Balanţa se încarcă cu greutăţi cu ajutorul celor trei tambure  

20 Chimie Anorganică, Aplicaţii, C. Guran, I. Jitaru, O. Micu, D. Berger, O. Oprea, F. Dumitru

laterale (pentru zeci, unităţi şi decigrame). Se deschide balanţa şi cu ajutorul  butonului care deplasează sistemul vernier, se potriveşte firul reticular astfel încât să se suprapună pe o diviziune de pe scala centigramelor şi miligramelor. Pe ecranul  din faţa balanţei se citesc zecile şi unităţile de grame şi respectiv prima zecimală după virgulă. Pe scala optică sunt indicate centigramele şi miligramele, iar pe  sistemul vernier se citeşte a a patra zecimală. 

• Balanţa electronică - afişează automat pe ecran masa exactă a obiectului care este  cântărit. 

În figurile 2.1-2.3 sunt reprezentate diferite tipuri de balanţe.  

Figura 2.1. Balanţă biplatanică Figura 2.2. Balanţă monoplatanică

Figura 2.3. Balanţă electronică 

2.3.2. Măsurarea volumelor lichidelor. Obţinerea unor soluţii de  anumite concentraţii  

Măsurarea volumelor este o operaţie des folosită în laboratorul de chimie şi  trebuie executată corect.  

Ustensilele folosite la măsurarea volumelor sunt de diferite capacităţi şi precizie în funcţie de destinaţia lor. În tabelul 2.1 se prezintă câteva din principalele ustensile de  laborator, cu menţiuni legate de precizia acestora şi de modul de funcţionare.  

Tabelul 2.1. Ustensile de laborator pentru măsurarea volumelor lichidelor  

Observaţii generale  

1. Toate ustensilele pentru măsurarea volumelor se folosesc numai la temperatura de  etalonare (20o sau 25oC), indicată pe vas.  

2. Spălarea corectă (cu detergenţi, clătire cu apă de canal şi în final cu apă distilată)  este obligatorie.  

3. Pentru aducerea la semn, în cazul lichidelor incolore, meniscul inferior trebuie să fie  tangent la semn iar, în cazul lichidelor colorate, se citeşte meniscul superior al  lichidului.  

4. La citirea volumului, vasul trebuie să fie în poziţie verticală, iar semnul trebuie să fie la nivelul ochilor.  

 

Figura 2.4. Utilizarea corectă a pipetei 

 

Figura 2.5. Citirea corectă a volumelor lichidelor incolore  

Moduri de exprimare a concentraţiei soluţiei 

Concentraţia unei soluţii se poate exprima într-unul din următoarele moduri:  • concentraţie procentuală c% 

• concentraţie molară cM 

• concentraţie normală cN 

• concentraţie molală cm 

• fracţie molară x  

• titru T  

Concentraţia procentuală (c%) reprezintă cantitatea de substanţă, exprimată în  grame, dizolvată în 100 g soluţie.  

Concentraţia molară (cM) reprezintă cantitatea de substanţă, exprimată în moli,  dizolvată într-un litru de soluţie.  

Concentraţia normală sau valară (cN) reprezintă cantitatea de substanţă,  exprimată în echivalenţi-gram (vali), dizolvată într-un litru de soluţie.  Concentraţia molală (cmolală) reprezintă cantitatea de substanţă, exprimată în  moli, dizolvată într-un kilogram de solvent.  

Fracţia molară (x) reprezintă raportul dintre numărul de moli de component (ν1 sau ν2) şi numărul total de moli din soluţie.  

Soluţiile sunt sisteme formate din două componente şI fracţia molară se calculează cu relaţia:  

ν 

1 

ν 

2 

x = x 

+ = + 

1 ; 2 

νν 

21 

νν 21 

unde, x1 şi x2 - fracţiile molare ale substanţei 1 şi respectiv 2 (solvent)  ν1 şi ν2 = numărul de moli ai substanţelor 1 şi respectiv 2.  

x1 + x2 = 1  

Titrul (T) reprezintă masa de substanţă exprimată în grame, dizolvată într-un  mililitru de soluţie.  

Titrul unei soluţii, determinat în mod experimental nu corespunde întotdeauna cu  titrul teoretic (calculat). De aceea, s-au introdus noţiunile distincte, de titru teoretic (Tt) şi titru real (Tr).  

Titrul real (Tr), poate fi deci egal cu cel teoretic numai în cazul unor substanţe,  numite substanţe etalon care îndeplinesc anumite condiţii, şi anume:  - puritate avansată 

- echivalent gram cât mai mare  

- stabilitate chimică ridicată 

- cristalinitate avansată.  

Aceste substanţe formează soluţii etalon sau soluţii exacte.  

În acest caz, compoziţia chimică a substanţei (etalon, standard) corespunde exact  formulei chimice şi respectând regulile de preparare a unei soluţii, se poate obţine o  soluţie etalon, pentru care:  

Treal = Tteoretic  

Substanţele cu stabilitate chimică redusă şi mai ales cele având sensibilitate la contactul  cu atmosfera, nu au compoziţie chimică corespunzătoare strict formulei chimice. În cele  mai multe cazuri, substanţele se hidratează sau se carbonatează, datorită urmelor de H2O  şi CO2 din aer. Din aceste substanţe se obţin soluţii aproximative, pentru care:  

Treal ≠ Tteoretic 

Concentraţia soluţiilor aproximative se stabileşte prin titrare, folosind soluţii etalon.  Factorul volumetric, F, al unei soluţii este o constantă cu ajutorul căreia se  corijează concentraţia normală teoretică a soluţiei şi reprezintă raportul dintre titrul real  şi titrul teoretic.  

T F = 

r 

T 

t 

unde, F - factorul soluţiei, Tr - titrul real, Tt - titrul teoretic.  

2.3.3. Prepararea soluţiilor  

a) Soluţii etalon  

Soluţiile etalon sunt soluţii cu concentraţie exactă şi sunt folosite în volumetrie.  Soluţiile etalon se pot prepara prin:  

- cântărirea la balanţa analitică (cu precizie de ±0,0002 g) a cantităţii de substanţă etalon necesară şi trecerea cantitativă a acesteia într-un balon cotat, în volumul  corespunzător de apă;  

- folosirea etaloanelor analitice (Fixanal, Titrofix ), fiole închise ermetic care conţin  cantitatea de substanţă solidă sau de soluţie necesară; trecerea cantitativă a acesteia  într-un balon cotat cu volum egal cu cel indicat pe fiolă conduce la obţinerea soluţiei  cu concentraţia înscrisă pe eticheta fiolei.  

- diluarea unei soluţii mai concentrate; se măsoară cu biureta sau cu pipeta cu bulă un  volum determinat de soluţie mai concentrată, care se trece într-un balon cotat şi se  aduce la semn cu apă distilată.  

b) Soluţii aproximative  

În cazul în care în volumetrie este necesară o soluţie a unei substanţe care nu  îndeplineşte condiţiile substanţelor etalon şi nu se dispune nici de un fixanal, se prepară 

Chimie Anorganică, Aplicaţii, C. Guran, I. Jitaru, O. Micu, D. Berger, O. Oprea, F. Dumitru 25

o soluţie cu concentraţie aproximativ egală cu cea calculată şi cât mai apropiată ca  valoare de aceasta.  

În cazul preparării soluţiilor aproximative, se recomandă pentru cântărire folosirea  balanţei tehnice, iar volumele de lichide se pot măsura cu cilindrul gradat.  Stabilirea concentraţiei exacte a soluţiei preparate se face prin titrare cu un reactiv  de concentraţie cunoscută.  

Atenţie! Soluţiile cu care se lucrează trebuie să fie de aceeaşi normalitate sau  molaritate.  

2.3.4. Stabilirea concentraţiei exacte a unor soluţii aproximative  

Concentraţia exactă a unei soluţii se poate determina prin titrare care constă în  adăugarea treptată a unui reactiv (soluţie) de titrare de concentraţie cunoscută la  soluţia de analizat, până la punctul de echivalenţă, când s-a adăugat cantitatea  stoichiometrică necesară de reactiv. Titrarea se execută de obicei în prezenţa unui  indicator, o substanţă organică complexă care îşi schimbă culoarea (respectiv structura)  în funcţie de concentraţia de titrant adăugat. Culoarea indicatorului se modifică brusc la  punctul de titrare (punct final).  

Relaţia de calcul a concentraţiei soluţiei este:  

V1cN1 = V2cN2  

unde V1 şi V2 sunt volumele de titrant şi respectiv soluţie de analizat, iar cN1 şi cN2 sunt  normalităţile celor două soluţii.  

Metodele volumetrice se clasifică, în funcţie de tipul de reacţie care stă la baza  determinării şi anume:  

• volumetria bazată pe reacţii de neutralizare (acid-bază)  

• volumetria bazată pe reacţii de oxido-reducere (redox)  

• volumetria bazată pe reacţii de precipitare  

• volumetria bazată pe reacţii de complexare.  

a) Titrarea acid-bază 

Titrarea acid-bază are la bază reacţii de neutralizare. În timpul titrării are loc  variaţia pH-ului soluţiei de analizat în funcţie de volumul de soluţie de titrant adăugat.  În jurul punctului de echivalenţă are loc o variaţie bruscă de pH. Pentru a se putea  observa punctul de echivalenţă, se introduce în soluţia de analizat un indicator acido 

bazic (a cărui culoare este dependentă de pH-ul mediului de reacţie). Domeniul de viraj  al indicatorului în care se produce schimbarea vizibilă de culoare este cuprins în  domeniul de salt de pH de la punctul de echivalenţă (pKindicator = pHe ± 1). Când se  observă schimbarea culorii indicatorului se opreşte adăugarea de reactiv de titrare şi se  citeşte volumul de soluţie adăugat prin titrare.  

Tabel 2.2. Indicatori acido-bazici  

b) Titrarea redox  

Titrarea redox are la bază reacţii de oxido-reducere. Pentru a se pune în evidenţă punctul de titrare, care corespunde sfârşitului titrării, se poate proceda astfel:  - dacă titrantul sau substanţa de analizat este o substanţă intens colorată, chiar în  soluţie diluată (de exemplu KMnO4), punctul de titrare se observă vizual;  - titrarea se poate face în prezenţa unor indicatori redox (substanţe care suferă o  schimbare vizibilă de culoare la punctul de titrare). Dintre cei mai utilizaţI indicatori  redox se menţionează: difenilamina, albastru de metilen, feroină, etc.  

Lucrare practică 

a) Prepararea soluţiei etalon de acid oxalic 0,1N  

Soluţia etalon de H2C2O4. 2H2O se prepară într-un balon cotat, prin cântărirea la balanţa  analitică a unei mase corespunzătoare de acid oxalic, sau prin diluţia unei soluţii mai  concentrate (1N).  

b) Prepararea soluţiei de hidroxid de sodiu aproximativ 0,1N  

Se prepară o soluţie de NaOH aproximativ 0,1 N prin cântărirea la balanţa tehnică, pe o  sticlă de ceas a masei corespunzătoare de hidroxid. Granulele de hidroxid se spală cu  puţină apă distilată (care se aruncă), pentru îndepărtarea stratului de NaHCO3 format pe  suprafaţa acestora.  

c) Stabilirea factorului şi titrului soluţiei de NaOH  

Stabilirea concentraţiei exacte a soluţiei de NaOH preparate se face prin titrare cu o  soluţie etalon de acid oxalic 0,1 N. Reacţia de neutralizare care stă la baza acestei titrări  este:  

H2C2O4 + 2NaOH → Na2C2O4 + 2H2O  

Sarea rezultată are hidroliză bazică şi punctul de echivalenţă este situat în mediu bazic  (pH=8,6). Se recomandă folosirea ca indicator a fenolftaleinei care virează la pH = 8 - 10.  

Cele două soluţii (NaOH şI H2C2O4) se introduc în biurete diferite. Se iau probe  de 10 mL acid oxalic 0,1N (fig.2.6), se diluează proba cu aproximativ 50 mL apă distilată (fig.2.7). Proba de acid oxalic diluat se încălzeşte la ~ 70oC (pentru eliminarea  CO2 absorbit în soluţie), apoi se adaugă 2-3 picături de fenolftaleină şi se titrează (fig.2.8) cu soluţia de NaOH până la apariţia nuanţei slab-roz (care trebuie să persiste ~  30 s). Se efectuează mai multe determinări. Două titrări se consideră corecte atunci când  volumele de NaOH cu care s-a titrat nu diferă cu mai mult de 0,1 mL.  

Factorul şi titrul real al soluţiei de hidroxid de sodiu se calculează folosind legea  echivalenţilor:  

Vbază.F bază = Vacid .Facid, dar Facid =1,0000  

V 

⇒ 

F = 

acid 

baza V 

baza 

Tr bază = Tt bază.Fbază 

1000 mL soluţie NaOH …………………………. 0,1 EgNaOH=0,1. 40 gNaOH  1 mL soluţie NaOH …………………………. TtNaOH 

Tt = 0,1 . 40 . 10-3 = 0,0040  

Figura 2.6. Măsurarea corectă a volumului unei soluţii  

28 Chimie Anorganică, Aplicaţii, C. Guran, I. Jitaru, O. Micu, D. Berger, O. Oprea, F. Dumitru

 

Figura 2.7. Diluarea unei probe 

Figura 2.8. Titrarea unei probe 

d) Determinarea conţinutului de acid oxalic dintr-o probă 

Determinarea conţinutului de acid oxalic dintr-o probă necunoscută se poate face  prin titrare cu soluţie de hidroxid de sodiu (sau KOH) cu factor cunoscut.  

Calculul masei de acid oxalic conţinut în probă se face astfel:  

1000 mL soluţie H2C2O4.2H2O ………………….. 0,1. 63,023 g H2C2O4.2H2O  VNaOH.FNaOH ……………………………………… m H2C2O4.2H2O   m = VNaOH. FNaOH.0,1.63,023.10-3 g H2C2O4.2H2O  

Deci:  

3 10023,631,0 422 422− 

OCH NaOH OCHtNaOH NaOH FVTFVm NaOH ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅= 

Atenţie! AnalizaţI sursele de erori prezentate în figura 2.9.  

 

Figura 2.9. Surse de erori  

REFERAT  

la lucrarea Stabilirea concentraţiei exacte a unor soluţii aproximative