Opgaver til T3.4

Opgaverne hører til siden T3.4 Måling af nitrit. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T3.4.1: De vigtigste ord

  1. Hvorfor kan nitrit ikke måles direkte med et spektrofotometer?
  2. Hvad hedder de to reagenser, som laver nitrit om til et farvestof?
  3. Hvad hedder den ion, der dannes i første trin af farvereaktionen?
  4. Hvilken slags farvestof dannes der, og hvilken farve har det?
  5. Ved hvilken bølgelængde måles absorbansen?
  6. Hvad er der i blindprøven?

Læs afsnittene Et farveløst stof bliver farvet, Farvereaktionen og Standardkurven på siden T3.4.

Et spektrofotometer måler, hvor meget lys en opløsning absorberer. Navnene på reagenserne og på ionen står i de to punkter under figuren med farvereaktionen. Blindprøven skal ligne de andre opløsninger, bortset fra det stof, der skal måles.

  1. Nitritionen er farveløs. Et spektrofotometer kan kun måle stoffer, der absorberer lys.
  2. Sulfanilamid og koblingsreagenset.
  3. En diazoniumion.
  4. Et azofarvestof. Det er rødviolet.
  5. Ved 540 nm. Det er dér, farvestoffet absorberer mest.
  6. Vand og de to reagenser, men ingen nitrit.

Opgave T3.4.2: Sæt målingen i rækkefølge

Her er seks trin i en måling af nitrit i tilfældig rækkefølge:

  • Mål absorbansen af standardopløsningerne og prøven ved 540 nm.
  • Vent et kvarter.
  • Tegn standardkurven, og find prøvens koncentration.
  • Lav en række standardopløsninger med kendte koncentrationer af nitrit.
  • Nulstil spektrofotometeret med blindprøven.
  • Tilsæt de to reagenser til standardopløsningerne, prøven og blindprøven.
  1. Skriv trinene i den rigtige rækkefølge.
  2. Hvorfor skal man vente et kvarter, før der måles?
  3. Hvorfor skal blindprøven have de samme reagenser som prøven?
  4. En elev lader standardopløsningerne stå i et kvarter, men måler prøven allerede efter to minutter. Bliver resultatet for højt eller for lavt?

Se listen under Standardkurven på siden T3.4 og listen under Fremgangsmåden i afsnit B5.4.

Begynd med standardopløsningerne. Reagenserne skal tilsættes, før farven kan udvikle sig. Spektrofotometeret nulstilles, lige før absorbanserne bliver målt.

Til spørgsmål b, c og d kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Farven skal have tid til at …
  • Reagenserne, vandet og kuvetten tager også lidt lys. Med blindprøven …
  • Efter to minutter er farven ikke …, så prøvens absorbans bliver for …
  1. Lav en række standardopløsninger. Tilsæt de to reagenser til standardopløsningerne, prøven og blindprøven. Vent et kvarter. Nulstil spektrofotometeret med blindprøven. Mål absorbansen af standardopløsningerne og prøven. Tegn standardkurven, og find prøvens koncentration.
  2. Farven skal have tid til at udvikle sig. Måler man for tidligt, er ikke al nitritten blevet til farvestof endnu.
  3. Reagenserne, vandet og kuvetten tager også lidt lys. Når spektrofotometeret nulstilles med blindprøven, bliver det lys trukket fra. Den absorbans, der er tilbage, kommer kun fra farvestoffet.
  4. For lavt. Efter to minutter er farven ikke færdig, så prøvens absorbans bliver for lille. Standardopløsninger og prøve skal stå lige længe, før de måles.

Opgave T3.4.3: Farvereaktionens to trin

Farvereaktionen med nitrit i to trin. Først reagerer nitrit med sulfanilamid i sur opløsning og danner en diazoniumion. Derefter reagerer diazoniumionen med koblingsreagenset og danner et rødviolet azofarvestof, hvor en azogruppe binder en benzenring sammen med to sammenbyggede ringe.

Figuren er den samme som på siden T3.4.

  1. Hvilke to stoffer reagerer med hinanden i trin 1?
  2. Diazoniumionen har to nitrogenatomer efter hinanden. Hvor kommer hvert af de to nitrogenatomer fra?
  3. Hvilket stof reagerer diazoniumionen med i trin 2?
  4. Hvad hedder gruppen N=N i farvestoffet?
  5. Blindprøven indeholder begge reagenser, men den er farveløs. Hvad er det i farvestoffets opbygning, der giver farven?
  6. Hvorfor skal begge reagenser tilsættes i overskud?
  7. En opløsning indeholder 3,0 µM nitrit. Al nitritten reagerer. Hvad bliver koncentrationen af farvestof?

Læs de to punkter under figuren på siden T3.4 og boksen Én nitrition giver ét molekyle farvestof.

Til spørgsmål b: Nitrit reagerer med aminogruppen i sulfanilamid. Der er ét nitrogenatom i en nitrition og ét i en aminogruppe.

Til spørgsmål e: Se det grønne i figuren. Konjugerede systemer er forklaret på siden T2.2 Chromofore grupper.

Til spørgsmål e og f kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Azogruppen binder ringene sammen til …
  • Når der er reagens nok, reagerer … Så bliver hver nitrition til …
  1. Nitrit og sulfanilamid. Reaktionen sker i sur opløsning.
  2. Det ene kommer fra nitritionen. Det andet kommer fra aminogruppen i sulfanilamid.
  3. Med koblingsreagenset, som har to benzenringe, der er bygget sammen.
  4. En azogruppe.
  5. Azogruppen binder ringene sammen til ét stort konjugeret system. Det absorberer synligt lys, så stoffet er farvet. Hver for sig har de to reagenser kun mindre konjugerede systemer.
  6. Når der er reagens nok, reagerer al nitritten. Så bliver hver nitrition til ét molekyle farvestof, og koncentrationen af farvestof viser, hvor meget nitrit der var. Mangler der reagens, bliver noget af nitritten ikke til farvestof, og resultatet bliver for lavt.
  7. 3,0 µM. Én nitrition giver ét molekyle farvestof, så koncentrationen af farvestof bliver lige så stor, som koncentrationen af nitrit var.

Opgave T3.4.4: Lav en standardopløsning

En stamopløsning af nitrit har koncentrationen 20,0 µM. Med en pipette overføres 5,00 mL stamopløsning til en målekolbe på 25,0 mL. Reagenserne tilsættes, og kolben fyldes op til mærket med vand.

  1. Hvad er cfør, Vfør og Vefter?
  2. Beregn koncentrationen i målekolben.
  3. Hvor mange gange er stamopløsningen blevet fortyndet?
  4. En anden standardopløsning skal have koncentrationen 12,0 µM. Hvor mange milliliter stamopløsning skal der i en målekolbe på 25,0 mL?
  5. Standardkurven på siden T3.4 har ligningen A = 0,0500 µM−1 · c. Hvilken absorbans kan du vente af standardopløsningen på 12,0 µM?

Brug fortyndingsformlen fra afsnit B5.4: cfør · Vfør = cefter · Vefter. Før er stamopløsningen, og efter er opløsningen i målekolben.

Til spørgsmål b skal cefter stå alene: cefter = cfør · Vfør / Vefter.

Til spørgsmål c: Divider Vefter med Vfør.

Til spørgsmål d skal Vfør stå alene: Vfør = cefter · Vefter / cfør.

Til spørgsmål e: Sæt 12,0 µM ind på c’s plads i ligningen.

  1. cfør = 20,0 µM, Vfør = 5,00 mL og Vefter = 25,0 mL

  2. Koncentrationen i målekolben er

\[ c_{\text{efter}} = \frac{c_{\text{før}} \cdot V_{\text{før}}}{V_{\text{efter}}} = \frac{20{,}0\ \text{µM} \cdot 5{,}00\ \mathrm{mL}}{25{,}0\ \mathrm{mL}} = 4{,}00\ \text{µM} \]

  1. 5 gange. 5,00 mL er blevet til 25,0 mL:

\[ \frac{V_{\text{efter}}}{V_{\text{før}}} = \frac{25{,}0\ \mathrm{mL}}{5{,}00\ \mathrm{mL}} = 5{,}00 \]

  1. Rumfanget af stamopløsning er

\[ V_{\text{før}} = \frac{c_{\text{efter}} \cdot V_{\text{efter}}}{c_{\text{før}}} = \frac{12{,}0\ \text{µM} \cdot 25{,}0\ \mathrm{mL}}{20{,}0\ \text{µM}} = 15{,}0\ \mathrm{mL} \]

  1. Absorbansen bliver

\[ A = 0{,}0500\ \text{µM}^{-1} \cdot 12{,}0\ \text{µM} = 0{,}600 \]

Det passer med standard 4 i figuren med kuvetterne på siden T3.4. Den har også koncentrationen 12,0 µM, og dens absorbans er 0,604.

Opgave T3.4.5: Nitrit i vandet i et sommerhus

Et sommerhus har sin egen boring. Ejeren vil vide, om der er nitrit i vandet fra hanen. 10,0 mL vand hældes i et glas, og der tilsættes nogle få dråber af hvert reagens. Dråberne fylder så lidt, at du kan se bort fra fortyndingen. Efter et kvarter har opløsningen absorbansen 0,100 ved 540 nm. Standardkurven har ligningen A = 0,0500 µM−1 · c. Tallene er et eksempel.

  1. Beregn koncentrationen af nitrit i vandet i µM.
  2. Skriv koncentrationen i mol/L.
  3. Regn koncentrationen om til mg/L. Molarmassen for nitrit er 46,01 g/mol.
  4. Holder vandet grænsen for nitrit i drikkevand på 0,10 mg/L?

Ligningen A = 0,0500 µM−1 · c løses for c: Divider absorbansen med 0,0500 µM−1. Det er trin 1 og trin 3 i eksemplet nitrit i vand fra en brønd på siden T3.4. Her er der ingen fortynding at regne tilbage fra.

1 µM er 10−6 mol/L. Gang koncentrationen i mol/L med molarmassen. Så får du koncentrationen i g/L. Husk, at 1 g er 1000 mg.

  1. Koncentrationen af nitrit er

\[ c = \frac{A}{0{,}0500\ \text{µM}^{-1}} = \frac{0{,}100}{0{,}0500\ \text{µM}^{-1}} = 2{,}00\ \text{µM} \]

  1. 2,00 µM = 2,00 · 10−6 mol/L

  2. Koncentrationen i mg/L er

\[ \text{indhold af nitrit} = 2{,}00 \cdot 10^{-6}\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 46{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 9{,}20 \cdot 10^{-5}\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{L}} = 0{,}0920\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}} \]

  1. Ja, men kun lige. Vandet indeholder 0,0920 mg nitrit pr. liter, og det er lidt under grænsen på 0,10 mg/L.

Opgave T3.4.6: Fire fejl

Fire elever måler nitrit i hver sin vandprøve. De laver hver én fejl.

Elev Fejlen
1 Vandprøven er uklar af små partikler, og den bliver ikke filtreret.
2 Vandprøven står i tre dage, før den bliver målt.
3 Prøven har absorbansen 1,6, og eleven bruger standardkurven alligevel.
4 Prøven er fortyndet fra 5,00 mL til 50,0 mL, men eleven glemmer at regne tilbage.
  1. Får elev 1 et resultat, der er for højt eller for lavt? Begrund dit svar.
  2. Får elev 2 et resultat, der er for højt eller for lavt? Begrund dit svar.
  3. Hvorfor kan elev 3 ikke stole på sit resultat?
  4. Hvad skal elev 3 gøre i stedet?
  5. Hvor mange gange for lavt er resultatet for elev 4?
  6. Hvad skal elev 1 og elev 2 gøre anderledes næste gang?

Læs afsnittet Fejlkilder på siden T3.4. Til elev 4: Se trin 2 i eksemplet nitrit i vand fra en brønd.

Tænk over, om absorbansen bliver større eller mindre, end den skulle være. En for stor absorbans giver et for højt resultat.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Partiklerne tager også …, så absorbansen bliver …
  • Mens prøven står, bliver nitrit langsomt …, så der er … nitrit tilbage.
  • Over en absorbans på omkring 1 er standardkurven ikke længere …

Til spørgsmål e: Divider 50,0 mL med 5,00 mL.

  1. For højt. Partiklerne tager også lys, så absorbansen bliver større, end farvestoffet alene ville give.
  2. For lavt. Nitrit bliver langsomt oxideret til nitrat. Efter tre dage er der mindre nitrit i prøven, end der var, da den blev taget.
  3. Over en absorbans på omkring 1 er standardkurven ikke længere en ret linje. Punkterne ligger under linjen, så beregningen giver en for lav koncentration.
  4. Fortynde prøven, måle igen og regne tilbage gennem fortyndingen.
  5. 10 gange for lavt. Prøven er fortyndet 50,0 mL / 5,00 mL = 10 gange. Standardkurven giver koncentrationen i målekolben, og vandprøven selv er 10 gange så koncentreret.
  6. Elev 1 skal filtrere prøven. Eleven kan også måle en ekstra blindprøve af vandet uden reagenser. Elev 2 skal måle prøven samme dag, som den er taget.

Opgave T3.4.7: Nitrit i en å

En å løber forbi udløbet fra et rensningsanlæg. Lige efter udløbet tages en vandprøve. 5,00 mL vand fra åen overføres til en målekolbe på 50,0 mL. Reagenserne tilsættes, og kolben fyldes op til mærket med vand. Opløsningen har absorbansen 0,220 ved 540 nm. Standardkurven har ligningen A = 0,0500 µM−1 · c. Tallene er et eksempel.

  1. Beregn koncentrationen af nitrit i målekolben.
  2. Beregn koncentrationen af nitrit i vandet fra åen.
  3. Regn koncentrationen i åen om til mg/L. Molarmassen for nitrit er 46,01 g/mol.
  4. Hvor mange gange større er indholdet end grænsen for drikkevand på 0,10 mg/L?
  5. Hvilken absorbans ville vandet fra åen have givet, hvis det ikke var blevet fortyndet? Hvorfor var det nødvendigt at fortynde?
  6. Normalt er der næsten ingen nitrit i vand. Hvad kan nitritten i åen være tegn på?

Opgaven ligner eksemplet nitrit i vand fra en brønd på siden T3.4. Regn i de samme tre trin.

Standardkurven giver koncentrationen i målekolben: cefter = A / 0,0500 µM−1.

Regn tilbage med cfør = cefter · Vefter / Vfør. Her er Vfør = 5,00 mL og Vefter = 50,0 mL.

1 µM er 10−6 mol/L. Gang med molarmassen, og regn fra gram til milligram.

Til spørgsmål e: Sæt koncentrationen i åen ind på c’s plads i standardkurvens ligning.

Til spørgsmål f: Læs afsnittet Nitrit er et advarselstegn på siden T3.3.

  1. Koncentrationen i målekolben er

\[ c_{\text{efter}} = \frac{A}{0{,}0500\ \text{µM}^{-1}} = \frac{0{,}220}{0{,}0500\ \text{µM}^{-1}} = 4{,}40\ \text{µM} \]

  1. Vandet blev fortyndet fra 5,00 mL til 50,0 mL.

\[ c_{\text{før}} = \frac{c_{\text{efter}} \cdot V_{\text{efter}}}{V_{\text{før}}} = \frac{4{,}40\ \text{µM} \cdot 50{,}0\ \mathrm{mL}}{5{,}00\ \mathrm{mL}} = 44{,}0\ \text{µM} \]

  1. 44,0 µM er 4,40 · 10−5 mol/L.

\[ \text{indhold af nitrit} = 4{,}40 \cdot 10^{-5}\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 46{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 2{,}02 \cdot 10^{-3}\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{L}} = 2{,}02\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}} \]

Vandet fra åen indeholder 2,02 mg nitrit pr. liter.

  1. Omkring 20 gange:

\[ \text{forhold} = \frac{2{,}02\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}}{0{,}10\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{L}}} = 20 \]

  1. Uden fortynding ville absorbansen være

\[ A = 0{,}0500\ \text{µM}^{-1} \cdot 44{,}0\ \text{µM} = 2{,}20 \]

Det er langt over 1. Så høj en absorbans ligger uden for den del af standardkurven, der er en ret linje. Derfor skulle vandet fortyndes.

  1. At vandet er forurenet for nylig. Her kan det være spildevand fra rensningsanlægget, hvor bakterierne ikke er nået til andet trin i nitrifikationen. Det kan også være, at der mangler oxygen i vandet, så nitrifikationen er gået i stå.