Fremstilling af Zinksulfat - Rapport i Kemi

Side 1

[navn fjernet] af zinksulfat

Aabenraa Statsskole Lærer: KP

1

Formål

Formålet med dette eksperiment er at observere en kemisk proces, hvormed vi fremstiller zinksulfat. Derudover skal eksperimentet være medvirkende til, at vi lærer at arbejde og omgås i kemilaboratoriet.

Teori

Vi vil fremstille zinksulfat, og dette kan vi gøre ud fra metallisk zink, Zn og svovlsyre, H SO.

(s) 2 4 (aq)

Det afstemte reaktionsskema ses herunder:

H O

2

Zn + H SO → ZnSO + H

(s) 2 4 (aq) 4 (aq) 2 (g)

Der er tale om en såkaldt redoxproces, som med zink og dihydrogens placering i spændingsrækken in mente ligger helt forskudt til højre. Redoxreaktioner beskriver alle kemiske reaktioner, hvor atomer har deres oxidationstrin ændret. I redoxreaktioner der bliver ofte overført elektroner fra et stof til et andet.

Zinksulfat er let opløseligt i vand, men tungt opløseligt i ethanol, og derfor udfældes zinksulfatet fra

den ethanoliske opløsning. Dette skyldes, at ZnSO er meget polært, {Zn^{++}, SO^{--}}. Dette samme

4 4

gælder for H O, {2 H^{+}, O^{--}}, og da polært går fint sammen med polært, vil zinksulfat let opløses i

2 vand. Dette er dog ikke tilfældet for zinksulfat i ethanol. Vand har to polære ender, men ethanol har en upolær ende samt en polær ende. Dette gør stoffet noget upolært. Da vi hælder meget ethanol i opløsningen, bliver den ethanoliske opløsning upolær, og da upolær ikke går fint sammen med polær, udfældes zinksulfatet i sidste ende.

Der skal afkøles i isvand undervejs, fordi når opløsningen afkøles, kan der opløses mindre, og derved får vi isoleret mere stof. Zinksulfatet vil komme ud som heptahydrat ved denne anvendte syntesemetode og ikke som anhydrat, da processen sker under vandige forhold. Derfor bliver den egentlige reaktion:

H O

2

Zn + H SO → ZnSO • 7 H O + H

(s) 2 4 (aq) 4 (aq) 2 2 (g)

Side 2

[navn fjernet] af zinksulfat

Aabenraa Statsskole Lærer: KP

2

Da vi endnu ikke har lært om molaritet, tog vi 40 ml svovlsyre i stedet for 25 ml for at være sikre på, at der var nok svovlsyre til at omdanne al zinken.

Enzymer findes overalt i naturen og i menneskekroppen og er en betingelse for liv. Det er et protein, som katalyserer en bestemt kemisk proces, så enzymet fremskynder altså reaktionen mellem substrater og produkter, men opbruges ikke som følge af den kemiske reaktion, som katalyseres.

Zink er et livsnødvendigt mineral for alle levende organismer. Zink indgår i en mange af de hundrede tusinder forskellige slags proteiner, men fungerer også som aktivator for visse enzymer, da zink også indgår i denne form for proteiner. Undersøgelser tyder på, at et højt zinkindhold i den daglige kost gør én mindre modtagelig for influenza. Mangelsymptomer på zink kan vise sig som hårtab, sår og diarré. Desuden påvirker mangel på zink også synet, smagen og hørelsen. Hos fostre og børn hæmmes hjernens udvikling ved zinkmangel. For stort indtag af zink kan hæmme optagelsen af andre mineraler i maden.

Zink findes i kosten i kød, mælk, ost og fuldkornsprodukter, men også især i østers.

Dog kan phytinsyre, som findes i blandt andet fuldkornsbrød og morgenmadsprodukter, hæmme optagelsen af zink, så det er smartere at indtage zink i kosten gennem de allerede nævnte produkter, og også i bønner, nødder og visse frø findes zink. Det anbefalede daglige behov for voksne personer er 15 milligram.

Jeg vil senere udregne syntese udbyttet for at kunne vurdere korrektheden af mit eksperiment. I teorien havde jeg som udgangspunkt til forsøget en vis masse zink, og det eksperimentelle udbytte skal gerne være i nærheden af det teoretiske, således at jeg ikke har mistet for meget zink i eksperimentets gang.

Syntese udbytte ≡ eksperimentelt udbytte / teoretisk udbytte • 100 altså:
Syntese udbytte ≡ m(exp) / m(teor) • 100

For at kunne udregne m(exp) bruger jeg formlerne:

m = n • M ⬄ n = m / M ⬄ M = m / n

hvor m er den afvejede stofmængde målt i gram

M er den molare masse målt i g/mol

n er stofmængden målt i mol

Side 3

[navn fjernet] af zinksulfat

Aabenraa Statsskole Lærer: KP

3

Materialer

Se den vedlagte vejledning

Eksperiment

I eksperimentet blev vejledningen fulgt (se det vedlagte arbejdspapir). Dog er der enkelte små ændringer i henhold til vejledningen:

• Zinkstykkerne var en anelse større end forventet, og derfor skal der også tilsættes en større mængde ethanol og H

2 4 (aq)

SO

. Ifølge vejledningen skulle der tilsættes 25 mL af hver af disse væsker, men vi tilsatte dog 40 mL af hver af de respektive væsker.

• Da eksperimentet ligeledes foregik med klasseundervisning af og til, hvor tingene skulle gå i lidt hurtigt tempo, blev vores urglas ikke afvejet, inden zinksulfatet blev skrabet heri. Ændringen i henhold til vejledningen blev, at vi, da det tørrede zinksulfat skulle afvejes, blot skrabede det ud af urglasset.

Resultater

Jeg vil finde det eksperimentelle udbytte ved brug af formlerne beskrevet i afsnittet ”Teori”.

Eksempel: Jeg udregner M(Zn) ved at dividere m(Zn) med n(Zn). Jeg ved, at stofmængden, n for

zink er 0,0422 g/mol. Som udgangspunkt havde jeg 2,76 g zink, så den molare masse for zink er

65,39 mol:

M(Zn) = 2,76 g / 0,0422 g/mol = 65,39 mol

Zn ZnSO

4

m /g 2,76 12,14
M /g/mol 65,39 287,65
n / mol 0,0422 0,0422

Figur 1: Tabellen indeholder stofmængder, molare masser og afvejede stofmængder for Zn og ZnSO. m(teor), som var, hvad jeg skulle finde ved disse beregninger, er, som det fremgår af

4 tabellen, 12,14 g. Dette findes ved at gange M(ZnSO) og n(ZnSO).

4 4

Side 4

[navn fjernet] af zinksulfat

Aabenraa Statsskole Lærer: KP

4

Jeg vil nu udregne vores syntetiske udbytte:

4,3 / 12,14 • 100 = 35,4 %

Hold nr. Syntese udbytte

1 | 35,4 %
2 | 74,4 %
3 | 69,9 %
4 | 57,3 %
5 | 56,3 %
6 | 46,1 %
7 | 75,8 %

Gennemsnit 66,7 %

Figur 2: Tabellen viser klassens forsøgsgruppers resultater og et gennemsnit af disse. I gennemsnit-tet er resultaterne fra hold nr. 1 og 6 dog ikke medregnet, da disse eksperimenter falder uden for de andre resultater, og her er sandsynligvis forekommet fejl.

Eksperimentelt ser man typisk, at syntese udbyttet er på cirka 50 %, altså vil man under forsøget miste halvdelen af zinket. Vores forsøg ser dog ud til at være særdeles vellykket, da det gennemsnitlige syntese udbytte er 66,7 %. Dog falder et par grupper uden for, se nærmere i afsnittet ”Fejlkilder”.

Man kan ikke indtage zink som metal, og vi får derved zink gennem andre stoffer såsom zinksulfat.

For at optage de anbefalede daglige 15 mg zink, skal vi hver dag indtage 66 mg zinksulfat, og på den måde svarer de 15 mg zink til 66 mg zinksulfat. Dette kan forklares ud fra følgende beregninger:

n(Zn) = 0,015 g / 65,41 g/mol = 0,000229 mol

De 0,000229 mol svarer til stofmængden af zinksulfat, og jeg kan herved udrenge den afvejede stofmængde for zinksulfat og derved bekræfte, at 15 mg zink svarer til 66 mg zinksulfat:

m(ZnSO) = 0,000229 mol • 287,65 g/mol = 0,066 g = 66 mg

4

Vores fremstillede zinksulfat (4,3 g) rækker til 2 måneders zinkforbrug:

4300 mg / 66 mg/dag = 65 dage

Side 5

[navn fjernet] af zinksulfat

Aabenraa Statsskole Lærer: KP

5

Konklusion

Jeg har i dette eksperiment fremstillet zinksulfat, som var formålet med opgaven. Desuden har jeg brugt den teoretiske del af kemien til at udføre diverse beregninger på mine forsøgsresultater. Mit syntetiske udbytte er kun 35,4 %, hvilket er lavt og ikke acceptabelt, da man typisk ser, at udbyttet i sådanne eksperimenter vil være på 50 %. Dog har vi overordnet set i klassen, klaret det godt, da det gennemsnitlige udbytte er 66,7 %. Mit forsøgsresultat er også relativt lavere end gennemsnittet, og dette understreger blot, at eksperimentet ikke gik som planlagt. Se nærmere i afsnittet ”Fejlkilder”.

Fejlkilder

Vores resultat af dette eksperiment er ikke acceptabelt, dog spiller flere fejlkilder ind her:

• Vi ikke fik afvejet urglasset, inden zinksulfatet blev skrabet heri og skulle derfor skrabe det ud. Her kan en fejl være forekommet, da det ikke er sikkert, at alt zinksulfatet er blevet skrabet ud, selvom vi var meget grundige. En lille usikkerhed i afvejningen af zinksulfatet kan i denne øvelse have betydelige konsekvenser.

• Desuden viste det sig, at vores urglas sandsynligvis har været utæt, da det i baljen, hvor alle forsøgsgruppers urglas var henstillet til tørring, var tydeligt at se, at der var sivet noget zinksulfat ud af vores urglas. Dette er en stor, meget betydelig fejlkilde i vores forsøg, som sandsynligvis har været afgørende for vores mere eller mindre mislykkedes eksperiment.

__________________________________

Dato og underskrift