Meten en Maken 1 Herkansing Toets Harris 31-8-2007 Deze toets bestaat uit vier opgaven die allemaal even zwaar tellen. De vier opgaven bestaan allemaal uit deelvragen. Maak elke opgave op een apart antwoordblad. Vermeld op ieder antwoordblad je naam, studentnummer en versienummer. Laat duidelijk zien hoe je aan een antwoord komt. Noteer elk antwoord met het juiste aantal significante cijfers. Gebruik voor het berekenen van de molmassa s het periodiek systeem op de binnenkant van Harris. Wanneer niet duidelijk is hoe je aan het antwoord van een berekening komt, kunnen er bij een rekenfout geen punten worden toegerekend. Onleesbare antwoorden zijn ook fout. Schrijf alleen met pen, niet met potlood. Eerst met potlood schrijven en dan met pen overtrekken wordt niet op prijs gesteld. Tip: Lees de vraag goed, en geef ook het antwoord op de vraag. Als er dus staat dat je een grafiek moet maken met concentraties in mg L -1, doe dat dan ook! Houd de beschikbare tijd in het oog. Advies: Trek voor elke opgave ongeveer 35 minuten uit. Besteed de resterende tijd om nog eens rustig je antwoorden door te lezen. Er zijn 2 bonusvragen, bewaar die voor het laatst. De toetsresultaten worden zo spoedig mogelijk bekend gemaakt. Verantwoordelijke docent is dr. P.S. Peijzel. Veel succes!
Opgave 1: GLC, de bedwelmende stof. Van een bedwelmende stof heb je een doekje in een gesloten potje. Als je het potje open doet ruik je al wat van een zoetige geur, maar erg duidelijk is het niet. Het makkelijkst zou het zijn als je GC-MS kon doen. Dan kan je aan de hand van de massaspectra afleiden wat de componenten zijn. Helaas is die techniek even niet beschikbaar en je gaat je dus focussen op GLC. a) De L in GLC staat voor liquid. Wat is er dan een vloeistof bij deze methode? Er bestaan technieken waarbij je een gas op een GC-kolom kan spuiten. De handleiding forensische chemie schrijft echter voor dat je wat van een oplosmiddel in het potje doet, en vervolgens goed schudt. Je gaat ervan uit dat het bedwelmende middel een laag kookpunt heeft en erg vluchtig is. b) Zou je twee voorwaarden kunnen noemen waaraan dit oplosmiddel moet voldoen om geschikt te zijn voor deze bepaling? Je kiest octaan als oplosmiddel. Vervolgens meet je verschillende mengsels met GLC. Je gebruikt een OV-101 kolom (die is apolair), bij 80 o C. Bij elk mengsel voeg je ook een kleine hoeveelheid methaan. c) Waarvoor dient het toevoegen van methaan bij deze bepaling? In onderstaande tabel staan de diverse mengsels en de gemeten retentietijden, bedenk dat overal methaan bij zit: tr (min) tr (min) tr (min) zuiver octaan 1,21 6,30 octaan en heptaan 1,22 5,67 6,33 octaan extract uit het potje 1,21 5,99 6,32 Met behulp van de Kovats retentie-index wil je een voorspelling doen van de mogelijke stof die op het doekje zat. In onderstaande tabel staan van een aantal mogelijke stoffen de Kovats retentie-indices. Stof Retentie index 2-pentanon 610 methylbutanal 640 2-hexanon 690 methylbutanoaat 710 2-methyl-1-butanol 740 epoxylinalool 750 ethylbutyraat 790 methylpyrazine 810 d) Bereken de Kovats retentie-index voor de onbekende stof
e) Welke stof zou het kunnen zijn, als je er van uit mag gaan dat de stof genoemd is in de tabel? Ter controle van jouw bevinding wordt in een ander laboratorium HPLC gemeten aan een monster van de doek, dat al apart gehouden was. Er wordt een polaire kolom gebruikt. Met een eluens van 50% water en 50% acetonitril zijn de retentietijden wat te lang voor een goede meting. f) Welk van de twee componenten in het eluens moet worden verhoogd in concentratie om de retentietijden te verkorten. Er wordt dus geen getal gevraagd! g) GLC heeft vaak een vlamionisatie detector. Beschrijf in je eigen woorden (dus geen vertaling) hoe een vlamionisatie detector werkt. Welke onderdelen zitten erin, wat wordt gedetecteerd en hoe wordt dat gedetecteerd.
Opgave 2: AAS, Zilverafval Chemisch afval wordt in het laboratorium meestal verzameld in afvalvaten. Het vat met zuur anorganisch afval bevat diverse metaalionen. Ook zilverafval komt hierin terecht. Wanneer veel met zilverionen wordt gewerkt, kan het nuttig zijn deze apart in te zamelen om hieruit eenvoudig het zilver terug te winnen. Je krijgt de vraag om uit te zoeken of het rendabel is het zilver terug te winnen. Het zilvergehalte van de oplossing moet dan minimaal 400 mg L -1 zijn. Voor de AAS metingen maak je eerst een voorraadoplossing zilver. Je weegt 103,4 mg zilver af en lost dit op in 10 ml 8M salpeterzuur. Vervolgens breng je deze oplossing over in een maatkolf van 100 ml en vul je deze aan tot de streep met demiwater. De ijkreeks maak je door met een Finn pipet 100, 200, 300, 400 en 500 µl te pipetteren in maatkolfjes van 100 ml. Deze vul je aan met 0,1 M salpeterzuur. Voor de blanco gebruik je 0,1 M salpeterzuur. De meetoplossingen bereid je door met een Finn pipet 5,00 ml van de inhoud van het zilver-afvalvat te pipetteren in een maatkolf van 1 L en deze aan te vullen tot de streep met 0,1 M salpeterzuur. In onderstaande tabel zijn de AAS meetgegevens weergegeven: Oplossing Extinctie IJkoplossing 1 0,120 IJkoplossing 2 0,236 IJkoplossing 3 0,350 IJkoplossing 4 0,468 IJkoplossing 5 0,587 Blanco 0,009 Meetoplossing 1 0,302 Meetoplossing 2 0,304 Meetoplossing 3 0,301 Maak in Powerfit een grafiek waarin je de gemeten extinctie uitzet tegen de zilverconcentratie en bereken de beste fit. a) Geef het 95% betrouwbaarheidsinterval van de zilverconcentratie van de meetoplossing (in mg L -1 ) b) Geef het 95% betrouwbaarheidsinterval van de zilverconcentratie van de oplossing in het afvalvat (in mg L -1 ) c) Is het zilvergehalte voldoende om het zilver rendabel terug te kunnen winnen? De vlam die bij deze bepaling gebruikt wordt is een acetyleen/lucht vlam.
d) Geef de reactievergelijking voor de verbranding van acetyleen met zuurstof. e) Wanneer je aanneemt dat lucht 20% zuurstof bevat, hoevel liter lucht is er dan nodig voor de volledige verbranding van 1 liter acetyleen? De lichtbron is een holle kathode lamp. Deze is specifiek voor het te bepalen element. f) Hoe komt het dat de lamp specifiek is voor een element? Beschrijf in je antwoord de werking van de lamp. g) Waarom wordt niet gewoon een gloeilamp met een monochromator gebruikt? BONUS 1: Je hebt vast wel eens gezien dat de ijklijnen bij AAS niet recht zijn. Wat is de oorzaak van de kromming?
Opgave 3: UV-Vis, Zwembadwater De bepaling van de hoeveelheid oxideerbare stof is een standaardmeting die op zwembadwater wordt uitgevoerd. Wanneer de zuiveringsinstallatie niet goed werkt zitten er bijvoorbeeld veel huidcellen en andere organische stoffen in het water. Deze zijn te oxideren met permanganaat. De mate van oxidatie kan op verschillende manieren worden uitgedrukt. Het oxidatieequivalent is in deze opgave het aantal mmol permanganaat dat nodig is om de organische stoffen in 1,00 L zwembadwater te oxideren. Permanganaat (MnO 4 - )is een paars gekleurd ion. In zuur milieu gaat permanganaat bij een redoxreactie over in Mn 2+, dit ion is vrijwel kleurloos. a) Bij welke golflengte zou je de absorptiemeting van een permanganaatoplossing uitvoeren? Je maakt een voorraadoplossing die 0,100 M is in MnO 4 -. b) Geef een methode om dit (op analytische wijze) te doen. Noem alles wat je doet. Door te verdunnen maak je oplossingen van 1,00; 2,00; 3,00 4,00 en 5,00 mm MnO 4 -. Van deze oplossingen meet je de extinctie bij de golflengte die je bij vraag a) koos. Als blanco gebruik je demiwater. c) Wat is de functie van een blanco-cuvet? Aan 0,500 L zwembadwater voeg je 5,00 mmol permanganaat toe. Na aanzuren en verwarmen is de oxidatie volledig en vul je aan tot 1 L in een maatkolf. Ook van deze oplossing meet je de extinctie. De cuvetlengte is 0,500 cm In onderstaande tabel zijn de gemeten extincties weergegeven. Oplossing Extinctie bij golflengte X blanco 0,000 1,00 mm permanganaat 0,112 2,00 mm permanganaat 0,220 3,00 mm permanganaat 0,327 4,00 mm permanganaat 0,433 5,00 mm permanganaat 0,551 Behandeld zwembadwater 0,345 d) Bereken het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de oxidatie equivalent van dit zwembadwater. Gebruik hiervoor (onder andere) Powerfit. e) Wanneer de cuvetten 0,500 cm lang zijn, wat is dan de molaire extinctiecoëfficiënt van permanganaat bij deze golflengte? Hint: welke wet gebruik je, en waar ben je die al eerder tegen gekomen in deze opgave?
f) De extinctie van het monster bedroeg 0,345. Wat is de transmissie van deze oplossing? g) Wat is de transmissie van de monsteroplossing in cuvetten van 2,00 cm? BONUS 2: Leg uit waarom permanganaat intens gekleurd is en Mn 2+ vrijwel kleurloos is. Betrek in je antwoord in ieder geval de elektronenconfiguraties van de mangaan ionen.
Opgave 4: Ion selectieve elektrodes en ph Tijdens een practicum word je gevraagd om een buffer te maken van ph 7,0 die 0,20 M is in totaal fosfaat concentratie. Je hebt de beschiking over een ph-meter, het programma titerdat, 1,0 M natronloog en 0,80 M fosforzuur. a) Hoe maak je hiermee 50 ml van een buffer van ph 7,0 die 0,20 M is in totaal fosfaat concentratie? Je hebt uiteraard ook demiwater en pipetten. (Gebruik de Kz waarden van fosforzuur, die staan in een van de appendices in Harris.) Voor een ander experiment pipetteer je 25 ml 1,0 M fosforzuur. Dit wil je titreren met 1,005 M natronloog om de exacte concentratie fosforzuur te bepalen. b) welke indicator gebruik je voor de eindpuntsindicatie en waarom? Voor de bepaling van calcium wordt naast AAS en AES vaak gebruik gemaakt van een ion selectieve elektrode (ISE). Zo n elektrode geeft een respons zoals beschreven is in vergelijking 15-8. De waarde van β is 0,970. De selectiviteitscoëfficiënten voor verschillende ionen bij deze elektrode staan in onderstaande tabel: Storend ion Y k Ca 2+,Y Mg 2+ 0,040 Ba 2+ 0,021 Zn 2+ 0,081 Je meet het potentiaalverschil tussen de ISE en een referentie elektrode. c) Waarom is er ook een referentie elektrode nodig? In een oplossing die 1,00 x 10-3 M Ca 2+ is, was het gemeten potentiaalverschil +300mV. d) Wat zal het potentiaalverschil zijn als de oplossing dezelfde calciumconcentratie had, en daarnaast ook (alle 3 tegelijk) 1,00 x 10-3 M Mg 2+ ; 1,00 x 10-3 M Ba 2+ en 5,00 x 10-4 M Zn 2+. e) Wanneer de drie storende ionen allemaal in dezelfde concentratie aanwezig zijn, welke stoort de meting dan het meest met de calciummeting? Wanneer calcium en fosfaat beide in een oplossing aanwezig zijn vormt zich een neerslag van calciumfosfaat. In een oplossing van zuiver calciumfosfaat in water is er een evenwicht tussen de oplossing en het neerslag. Het oplosbaarheidsproduct van calciumfosfaat is 2,07. 10-33 M 5. f) Bereken de concentratie calcium in een verzadigde calciumfosfaatoplossing.