Иногда в лабораторной практике приходится пересчитывать молярную концентрацию в нормальную, и наоборот. Если эквивалентная масса вещества равна мольной массе (например, для HCl, KCl, KOH), то нормальная концентрация равна молярной концентрации. Так, 1 Н раствор соляной кислоты будет одновременно 1 M раствором. Однако для большинства соединений эквивалентная масса не равна мольной и, следовательно, нормальная концентрация растворов этих веществ не равна молярной концентрации.
Для пересчета из одной концентрации в другую можно использовать формулы:
M = (Н Э) / m
Н = (M m) / Э
Пример. Вычислить нормальную концентрацию 1 М раствора серной кислоты: Н = (1 98) / 49 = 2 H
Пример. Вычислить молярную концентрацию 0,5 н. Na
2
3
M = (0,5 53) / 106 = 0,25 M.
1.5.4. Способы приготовления растворов реактивов
По способу приготовления различают первичные и вторичные стандартные растворы.
По точной навеске готовят первичные стандартные растворы, растворы стандартных установочных веществ, которые должны удовлетворять следующим требованиям:
состав их должен строго соответствовать химической формуле;
вещества должны быть устойчивыми при хранении в растворе и в сухом виде (не окисляться, не поглощать диоксид углерода, воду, не терять кристаллизационную воду);
величина молярной массы эквивалента должна быть по возможности наибольшей для уменьшения погрешности взвешивания и титрования.
При приготовлении растворов по точной навеске задаются концентрацией раствора и его объемом.
Основные этапы работы:
рассчитывают необходимую навеску для взвешивания с точностью до 0,0001 г;
взвешивают точную навеску на аналитических весах;
взвешенную навеску количественно переносят в мерную колбу вместимостью, равной объёму раствора, растворяют вещество, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают;
если взятая навеска отличается от теоретически рассчитанной, то концентрацию раствора пересчитывают.
По приблизительной навеске готовят растворы нестандартных веществ или растворы приблизительной концентрации. Этапы работы такие же, как и при приготовлении растворов по точной навеске, но навеску рассчитывают с точностью не более, чем до 0,01 г и берут ее на технических весах. Точную концентрацию такого раствора устанавливают титрованием (часто растворами первичных стандартов) и рассчитывают по закону эквивалентов:
С
экв 1
1
экв 2
2
Приготовленные таким образом растворы с точно установленной концентрацией называются вторичными стандартами или титрованными.
Установка титра одна из важных операций лабораторной техники. От правильности приготовления титрованного раствора зависит и результат анализа. Так как каждый анализ почти всегда сопровождается титрованием, каждый работник лаборатории должен хорошо освоить технику проведения этой операции. Нужно помнить несколько правил, относящихся к титрованным растворам:
титрованные растворы должны быть по возможности свежими. Длительное хранение их не должно допускаться. Для каждого раствора есть свой предельный срок хранения;
титрованные растворы при стоянии изменяют свой титр, поэтому их следует иногда проверять. Если же делают особенно ответственный анализ, проверка титра раствора обязательна;
при приготовлении растворов марганцовокислого калия титр их следует устанавливать не ранее чем через 34 дня после приготовления. То же относится ко всём другим растворам, способным изменяться со временем или при соприкосновении с воздухом, стеклом и пр.;
титрованные растворы щелочей лучше хранить в бутылях, покрытых внутри парафином, а также защищать их от действия двуокиси углерода воздуха (хлоркальциевая трубка с натронной известью или аскаритом);
все бутыли с титрованными растворами должны иметь четкую надпись с указанием вещества, нормальности, поправки, времени изготовления раствора и даты проверки титра;
при титровании кислых или щелочных растворов полезно применять так называемый раствор-свидетель.
Во время титрования колбу нужно держать левой рукой, а правой рукой управлять краном бюретки, давая стекать жидкости равномерно. При титровании очень большое значение имеет скорость, поэтому при повторном титровании одного и того же раствора надо сделать так, чтобы скорость добавления раствора из бюретки была по возможности одинаковой, т. е. в одно и то же время вытекало бы определенное количество жидкости. Для перемешивания титруемого раствора очень удобно применять магнитные мешалки. В этом случае титрование можно вести как в обычной конической колбе, так и в специальных, приспособленных для титрования темноокрашенных жидкостей.
Из фиксанала (норма-дозы, стандарт-титра) готовят первичные стандартные растворы точной концентрации. Фиксанал это заранее приготовленные и запаянные в стеклянных ампулах точно отвешенные количества реактива, необходимые для приготовления 1 л 0,1 н. или 0,01 н. раствора.
Фиксаналы продаются в коробках, содержащих 10 ампул. На каждой ампуле имеется надпись, указывающая, какое вещество или раствор находится в ампуле, и количество вещества (0,1 или 0,01 г-экв).
Содержимое фиксанала количественно переносят в мерную колбу, доводят уровень раствора до метки, раствор перемешивают. Концентрация раствора должна быть задана, а вместимость мерной колбы рассчитывают, используя формулу:
С
экв. (Х)
экв. (х)
мерн. колбы
V
мерн. колбы
экв. (х)
экв. (Х)
Для приготовления точного раствора вначале теплой водой смывают надпись на ампуле и хорошо обтирают ее. В мерную колбу емкостью 1 л вставляют специальную воронку с вложенным в нее стеклянным бойком (обычно прилагается к каждой коробке фиксанала), острый конец которого должен быть обращен вверх. Если специальной воронки нет, можно пользоваться обычной химической воронкой, вставив в нее стеклянный боек. Когда боек будет правильно уложен в воронке, ампуле с фиксаналом дают свободно падать так, чтобы тонкое дно ампулы разбилось при ударе об острый конец бойка. После этого пробивают боковое углубление ампулы и дают содержимому вытечь. Затем, не изменяя положения ампулы, ее тщательно промывают дистиллированной водой из промывалки. Для промывки рекомендуется употребить не менее чем шестикратное (по емкости ампулы) количество воды.
Промыв ампулу, ее удаляют, а раствор доливают, дистиллированной водой до метки, закрывают колбу пробкой и встряхивают.
Кроме жидких фиксаналов, имеются и сухие. При приготовлении из них растворов ампулу вскрывают так же, как описано выше. Нужно лишь заботиться о том, чтобы воронка была совершенно сухая. Когда ампула будет разбита, все содержимое ее осторожным встряхиванием высыпают в колбу, ампулу промывают дистиллированной водой.
Выпускаются следующие фиксаналы: H
2
4
2
3
3
2
2
4
2
2
4
2
2
7
2
4
2
2
3
4
3
4
2
2
4
4
2
2
4
2
2
4
7
2
Фиксаналы рекомендуется применять во всех случаях, когда требуется быстро приготовить точный раствор. Щелочные фиксаналы пригодны только в течение определенного срока. Очень старые (23-летней давности) щелочные фиксаналы могут оказаться уже неточными в результате загрязнения продуктами выщелачивания стекла. Остальные препараты, в особенности сухие, могут храниться неопределенно долгий срок.
Разбавлением концентрированных растворов готовят растворы многих веществ. В этом случае должны быть заданы объем разбавленного раствора, его концентрация и концентрация концентрированного раствора. Рассчитывают необходимый для разбавления объем концентрированного раствора, затем измеряют рассчитанный объем, переносят в мерную колбу или в мерный стакан, доводят уровень жидкости до метки дистиллированной водой и перемешивают. Если исходный раствор имел точную концентрацию и при его разбавлении использовали точную мерную посуду, то получают раствор точной концентрации. В противном случае получают раствор приблизительной концентрации, все расчеты ведут с точностью не более чем до 0,01, точную концентрацию устанавливают титрованием.
Подведем итог сказанному о приготовлении растворов:
все водные растворы следует готовить только на дистиллированной воде;
при приготовлении водных растворов солей заданной концентрации нужно учитывать также кристаллизационную воду;
приготовляя точные растворы, нельзя наливать в мерную колбу сразу все нужное количество воды;
мерные колбы калиброваны на определенный объем лишь при температуре, указанной на колбе, поэтому точный объем жидкости можно получить только при стандартной температуре;
необходимо наклеивать этикетки (или делать надпись специальным карандашом) на сосудах с растворами;
все растворы следует готовить только в хорошо вымытой посуде. Нельзя путать пробки от посуды, содержащей растворы разных веществ;
растворы, которые могут портиться от действия света, такие, как марганцовокислый калий, азотнокислое серебро и др., нужно хранить только в темных склянках. Для некоторых веществ можно употреблять желтые склянки, для других же сосуды необходимо оклеивать черной бумагой, но не покрывать стекло черным лаком: лаковая пленка всегда немного пропускает свет. Если черной бумаги нет, бутыль или другой сосуд следует оклеить плотной бумагой и бумагу покрыть черным лаком;
растворы щелочей нужно хранить так, чтобы на них не действовала двуокись углерода. Для этого в пробку вставляют хлоркальциевую трубку, наполненную натронной известью или другим твердым поглотителем двуокиси углерода;
растворы щелочей следует готовить вначале очень концентрированными, а затем разбавлять их до нужной концентрации только после отстаивания и фильтрования;
все растворы нужно проверять. Точные растворы путем установки титра, приблизительные по плотности или иным путем;
растворы, за исключением точных, после приготовления следует обязательно профильтровывать. Это относится одинаково и к водным растворам, и к растворам в органических жидкостях;
при приготовлении растворов в органических жидкостях надо применять только чистые растворители и, когда нужно, безводные. Если растворитель чем-либо загрязнен, его следует перегнать или очистить от примесей каким-либо другим способом.
1.5.5. Требования при обращении с реактивами, являющимися прекурсорами
Прекурсоры вещества, используемые при изготовлении наркотических и психотропных средств. В испытательных лабораториях они используются для приготовления растворов реактивов, проведения химических анализов. В силу потенциальной опасности прекурсоров законодатель предусмотрел особые правила хранения и использования данных веществ.
Статьей 30 Федерального закона «О наркотических средствах и психотропных веществах» регламентирован контроль за оборотом прекурсоров, внесенных в Список 4 перечня наркотических средств и психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации 681.
Согласно требованиям Постановления Правительства Российской Федерации 681 от 30.06.1998 г. «Об утверждении перечня средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации» контроль распространяется на все средства и вещества, указанные в настоящем перечне, какими бы фирменными названиями (синонимами) они не обозначались, вне зависимости от их количества и наличия нейтральных компонентов.
В указанный перечень списка 4 входят такие прекурсоры, как:
серная кислота;
соляная кислота;
уксусная кислота;
перманганат калия;
ацетон;
толуол.
Согласно ч. 2 ст. 30 Федерального законодательства «О наркотических средствах и психотропных веществах» юридические лица могут приобретать и использовать в собственном производстве прекурсоры, внесенные в Cписок 4, в количествах, которые не превышают производственные нужды.
Кроме того, действующим законодательством определен строгий контроль при осуществлении юридическими лицами деятельности, связанной с оборотом прекурсоров, внесенных в Список 4. Согласно требованиям ч. 4 ст. 30 Федерального закона «О наркотических средствах и психотропных веществах» любые операции, при которых изменяется количество прекурсоров, подлежат регистрации в специальных журналах лицами, на которых эта обязанность возложена приказом руководителя юридического лица.
К мерам контроля за оборотом прекурсоров, внесенных в Таблицу III Списка IV, относятся:
установление требований отчетности о деятельности, связанной с оборотом прекурсоров;
лицензирование внешнеторговых операций с прекурсорами;
установление требований по обеспечению безопасности деятельности, связанной с оборотом прекурсоров, и исключению доступа к ним посторонних лиц;
регистрация в специальных журналах любых операций с прекурсорами.
Перевозка приобретенных прекурсоров может осуществляться самовывозом при условии обеспечения их сохранности в пути следования.
Запас прекурсоров должен храниться на охраняемой территории, в месте, недоступном для посторонних лиц.
При хранении агрессивных и легковоспламеняющихся прекурсоров (ацетон, диэтиловый эфир, соляная кислота, серная кислота, толуол) должны учитываться их физико-химические свойства. Концентрированные кислоты вызывают обезвоживание кожи и других тканей, локальный химический ожог. Сильное раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз оказывают дымящие кислоты (концентрированная соляная кислота). Концентрированные кислоты опасны еще и тем, что могут выделять едкие пары, от концентрированной серной кислоты воздух загрязняется оксидами серы. Бутыли, баллоны и другие крупные емкости с прекурсорами должны храниться на полках стеллажей в один ряд по высоте, запрещается их хранение в несколько рядов по высоте.
Легковоспламеняющиеся прекурсоры (ацетон, диэтиловый эфир, толуол) хранят в плотно укупоренной, прочной стеклянной таре. Сосуды с легковоспламеняющимися прекурсорами размещаются в переносном металлическом ящике с верхним расположением крышки. Ящик должен иметь по бокам металлические ручки.
Не допускается совместное хранение легковоспламеняющихся прекурсоров с минеральными кислотами (особенно серной и азотной кислотами), горючими веществами (растительными маслами, серой,), а также с неорганическими солями, дающими с органическими веществами взрывоопасные смеси (калия хлорат, калия перманганат, калия хромат и т. д.).
При обращении с запасами прекурсоров (фасовка, переноска, погрузка и т. д.) необходимо соблюдать осторожность, а также постоянно наблюдать за состоянием тары, ее герметичностью и исправностью. При обнаружении дефектов и неисправностей тары немедленно должны приниматься меры к их устранению или содержащиеся в ней вещества перекладывают в другую, исправную тару. Пролитая на пол жидкость должна быть немедленно убрана.
Отдельные легковоспламеняющиеся прекурсоры (диэтиловый эфир и др.) обладают свойствами образовывать при хранении статическое электричество, искра которого может вызвать воспламенение жидкости, поэтому фасовку таких жидкостей следует производить на открытом воздухе или в помещениях, оборудованных средствами пожарной защиты. Диэтиловый эфир хранят в фабричной упаковке, в темном прохладном месте, вдали от огня и нагревательных приборов. При работе с этиловым эфиром не допускается встряхивание, удары, трение и т. д. Диэтиловый эфир не должен храниться более одного года с момента выпуска.