ĆWICZENIE NR 6, Prezentacje z Chemia

Pobierz ĆWICZENIE NR 6 i więcej Prezentacje w PDF z Chemia tylko na Docsity! W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 1 Ćwiczenie 2 KLASYFIKACJA I WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH Substancje nieorganiczne Substancje nieorganiczne można ogólnie podzielić na następujące grupy: 1. pierwiastki, 2. tlenki, 3. wodorki, 4. wodorotlenki, 5. kwasy, 6. zasady, 7. sole. Pierwiastki Wszystkie dotychczas znane pierwiastki chemiczne znalazły swoje miejsce w układzie okresowym. Położenia pierwiastka w odpowiedniej grupie (18 grup) i okresie (7 okresów) wskazuje o jego charakterze chemicznym. Niektóre pierwiastki mają charakter czysto metaliczny (w reakcjach chemicznych zachowują się jak metale). niektóre czysto niemetaliczny (zachowują się jak niemetale), a inne mają charakter półmetaliczny (w reakcjach chemicznych zachowują się jak metale i jak niemetale). Wpływ położenia pierwiastka w układzie okresowym na jego charakter chemiczny pokazano na rys. 1. Pierwiastki półmetaliczne znajdują się w środkowej części układu okresowego, np. glin, cynk, cyna, ołów, arsen, chrom, antymon. Tlenki i wodorotlenki tych pierwiastków mają właściwości amfoteryczne. Do niemetali należą gazy szlachetne, fluorowce, tlenowce, część azotowców (azot, fosfor) i część węglowców (węgiel, krzem). Niemetale na ogól nie przewodzą prądu elektrycznego, a ich tlenki najczęściej z wodą tworzą kwasy. Większość pierwiastków w układzie okresowym wykazuje charakter metaliczny. Metale znajdują się w 1, 2 i 13 grupie układu okresowego (grupy główne) oraz w grupach pobocznych (3-12). Metale cechują się na ogół dobrym przewodnictwem ciepła i elektryczności, są kowalne, mają połysk metaliczny. Tlenki aktywnych metali (1 i 2 grupa układu) tworzą z wodą mocne zasady. W układzie okresowym wyróżnia się bloki pierwiastków typu s, p, d oraz f. Blok pierwiastków typu s. Są to pierwiastki, których atomy mają na powłoce walencyjnej tylko elektrony typu s. Do tego bloku należą litowce (1s1) - grupa 1 i berylowce (1s2) - grupa 2. Blok pierwiastków typu p. Blok ten obejmuje pierwiastki, których atomy mają na powłoce walencyjnej elektrony typu s i p, a więc pierwiastki następujących grup głównych: borowce (s2p1) – grupa 13, węglowce (s2p2) – grupa 14, azotowce (s2p3) – grupa 15, tlenowce (s2p4) – grupa 16, fluorowce (s2p5) – grupa 17 i helowce (s2p6) – grupa 18. I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 2 Blok pierwiastków typu d. Do bloku d należą pierwiastki grup pobocznych (3-12). Elektrony walencyjne atomów pierwiastków tego bloku są zlokalizowane na orbitalach s powłoki zewnętrznej i na orbitalach d powłoki poprzedniej. Pierwiastki bloku d mają konfigurację walencyjną typu ns1-2(n-1)d1-10. Blok pierwiastków typu f. W skład bloku f wchodzą lantanowce i aktynowce należące do grupy 3. Elektrony walencyjne atomów tych pierwiastków znajdują się na orbitalach typu ns, (n-1)d oraz (n-2)f. Pierwiastki bloku f mają konfigurację walencyjną typu ns2 (n-1)d0-1 (n-2)f1-14. Konfiguracja elektronowa atomów ma zasadniczy wpływ na właściwości fizykochemiczne pierwiastków. Na rysunku 1 podano zależności niektórych wielkości (metaliczność i niemetaliczność, kwasowość i zasadowość, energia jonizacji, objętość atomów, elektroujemność itp.) od położenia pierwiastka w układzie okresowym. wzrost niemetaliczności wzrost kwasowości wzrost energii jonizacji wzrost elektroujemności w z ro s t m e ta lic z n o ś c i w z ro s t z a s a d o w o ś c i w z ro s t p ro m ie n ia a to m o w e g o w z ro s t o b ję to ś c i a to m o w e j w z ro s t e le k tr o d o d a tn io ś c i w z ro s t n ie m e ta lic z n o ś c i w z ro s t k w a s o w o ś c i w z ro s t e n e rg ii jo n iz a c ji w z ro s t e le k tr o u je m n o ś c i wzrost niemetaliczności wzrost kwasowości wzrost energii jonizacji wzrost elektrododatniości Rys.1. Zależność niektórych właściwości fizykochemicznych pierwiastka od położenia w układzie okresowym Tlenki Są to związki pierwiastków z tlenem. Do najważniejszych sposobów otrzymywania tlenków należy:  bezpośrednia reakcja pierwiastka z tlenem, np. 2 Cu + O2 2 CuO  utlenianie tlenków, np. 4NiO + O2 2 Ni2O3 Amfotery Metale Niemetale W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 5  w reakcji tlenku metalu (litowce i berylowce) z wodą, np. Na2O + 2 H2O 2 NaOH  w reakcji rozpuszczalnej soli danego metalu (dotyczy metali i ich tlenków nie reagujących z wodą, np. Al2O3, PbO, CuO) z wodorotlenkiem o silnych właściwościach zasadowych (NaOH, KOH), np. CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 ↓+ Na2SO4 Wodorotlenki o silnych właściwościach zasadowych są nazywane alkaliami lub zasadami (głównie NaOH i KOH), a ich wodne roztwory - ługami. Podstawową cechą wodorotlenków jest ich zdolność reagowania z kwasami z utworzeniem soli. W zależności od tej cechy wodorotlenki podlegają podziałowi na dwie grupy: a) wodorotlenki zasadowe, czyli reagujące z kwasami, a nie reagujące z zasadami. Są to wodorotlenki metali grup 1 i 2 (z wyjątkiem Be(OH)2 - amfoterycznego wodorotlenku berylu) oraz kilka wodorotlenków innych metali, np. wodorotlenek chromu(II) - Cr(OH)2, wodorotlenek manganu(II) - Mn(OH)2. Wodorotlenki litowców i berylowców rozpuszczają się dobrze w wodzie z wyjątkiem Mg(OH)2 i Be(OH)2. b) wodorotlenki amfoteryczne, czyli reagujące z kwasami i z zasadami. Wodorotlenki amfoteryczne tworzą pierwiastki znajdujące się w środkowej części układu okresowego (Al, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Cr i inne). Na przykład glin, tlenek glinu i wodorotlenek glinu reagują zarówno z mocnym kwasem, jak i mocną zasadą, tworząc sole: Al + 6 HCl 2 AICl3 + 3 H2 ↑ Al2O3 6 HCl 2 AICl3 + 3 H2O Al(OH)3 3 HCl AICl3 + 3 H2O 2 Al + 6 NaOH 2 Na3AIO3 + 3H2↑ Al2O3 + 2 NaOH 2 NaAIO2 + H2O AI(OH)3 + NaOH NaAIO2 + 2 H2O Gliniany przyjmują różny skład: Na3AIO3, NaAIO2 lub mogą występować w postaci uwodnionej NaAIO2·2H2O NaAI(OH)4 (Na+ + AI(OH)4ˉ). W roztworach zasadowych, w przypadku wodorotlenków amfoterycznych, występują najczęściej jony kompleksowe typu Al(OH)4ˉ, Pb(OH)4 2ˉ, Cr(OH)4ˉ, Sn(OH)4ˉ, itd. Kwasy Są to związki o wzorze ogólnym HnR, gdzie R oznacza resztę kwasową prostą (CIˉ, Brˉ, S2ˉ) lub złożoną (SO4 2ˉ, CO3 2ˉ, CNˉ). Kwasy mogą być beztlenowe (HCI, HBr, HCN, I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 6 HSCN, H2S, itd. ) lub tlenowe (H2SO3, H2SO4, HNO2, HNO3, H3PO4, H2CO3 itd.). W zależności od liczby atomów wodoru zdolnych do oddysocjowania rozróżnia się kwasy jednoprotonowe (jednozasadowe, np. HCI, HNO3) oraz wieloprotonowe: dwuprotonowe (dwuzasadowe, np. H2S, H2SO3), trójprotonowe (trójzasadowe, np. H3PO4, H3AsO4). Większość kwasów można otrzymać w reakcji: a) odpowiedniego bezwodnika (tlenku) z wodą, np. CO2 + H2O H2CO3 b) soli kwasu z innym mocnym kwasem (jeżeli bezwodnik nie reaguje z wodą), np. Na2SiO3 + 2 HCl H2SiO3 + 2 NaCI c) rozpuszczania w wodzie odpowiedniego wodorku (kwasy beztlenowe), np. HCl(g)  OH2 HCl(aq) (kwas solny) Kwasy reagują: a) z zasadami z utworzeniem soli i wody H2SO4 + Sr(OH)2 SrSO4 + 2 H2O b) z większością metali według schematu: kwas + metal sól + wodór, np. Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2↑ Reakcji tej prowadzącej do wyparcia wodoru z kwasu, nie ulegają metale szlachetne stojące na prawo od wodoru w szeregu elektrochemicznym (Au, Pt, Ag, Cu i inne) Metale te roztwarzają się natomiast w kwasach utleniających lub mieszaninach tych kwasów (HNO3, H2SO4,stęż., woda królewska) wg schematu: metal + kwas sól + tlenek niemetalu, np. 3 Ag + 4 HNO3 3 AgNO3 + NO + 2 H2O Cu + 2 H2SO4,stęż. CuSO4 + SO2 + 2 H2O c) z tlenkami metali z utworzeniem soli (z wyjątkiem niektórych tlenków, np. CrO3): CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O Teorie kwasów i zasad (i) Teoria Arrheniusa. Według tej teorii kwasy są to związki, które podczas rozpuszczania w wodzie odszczepiają kationy wodorowe H+, natomiast zasady odszczepiają aniony wodorotlenkowe OHˉ: HNO3 H+ + NO3ˉ NaOH Na+ + OHˉ H2SO4 2 H+ + SO4 2ˉ Ca(OH)2 Ca2+ + 2 OHˉ HCl H+ + Clˉ NH3·H2O NH4 + + OHˉ H2CO3 H+ + HCO3ˉ W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 7 (ii) Teoria Brønsteda i Lowry'ego. Według teorii Brønsteda i Lowry'ego kwasem jest substancja, która może oddawać proton (H+) innej substancji, jest więc donorem protonów, natomiast zasadą jest substancja mająca tendencję do przyjmowania protonów, czyli jest akceptorem protonów. Zgodnie z tą definicją kwasem lub zasadą może być zarówno obojętna cząsteczka, jak i jon (kation lub anion). Przykłady kwasów i zasad:  kwasy cząsteczkowe (CH3COOH, HCl, H2O); kationowe (NH4 +, H3O +), anionowe (HSO4ˉ, HCO3ˉ),  zasady cząsteczkowe (NH3·H2O), anionowe (CH3COOˉ; OHˉ), kationowe ([Al(H2O)5OH]2+). Reakcje między kwasem i zasadą polegają na przeniesieniu protonu (H+) od kwasu do zasady: kwas zasada + proton Układ składający się z kwasu i powstającej z niego, przez oderwanie protonu, zasady nosi nazwę sprzężonej pary kwas-zasada. Jeżeli więc w roztworze istnieje kwas1 ulegający reakcji: kwas1 zasada1 + proton HA Aˉ + H+ oraz zasada2 zdolna do reakcji: zasada2 + proton kwas2 B + H+ BH+ to dają one sprzężoną reakcję przebiegającą zgodnie z równaniem: kwas1 + zasada 2 zasada1 + kwas2 HA + B Aˉ + BH+ Jest to tzw. reakcja protolityczna. Reakcje odłączania i przyłączania protonów są odwracalne. W reakcjach kwas-zasada kwasy reagują w pierwszej kolejności z najmocniejszymi zasadami, a zasady z najmocniejszymi kwasami. Cząsteczki wody jako rozpuszczalnika mogą spełniać rolę kwasu lub zasady. Jeśli substancja rozpuszczona (np. H2S) ma właściwości donorowe silniejsze niż woda, to woda będzie spełniała rolę zasady, a substancja rozpuszczona będzie kwasem i zajdzie reakcja: kwas1 + zasada2 zasada1 + kwas2 H2S + H2O HSˉ + H3O + Jeśli natomiast woda ma silniejsze właściwości donorowe niż substancja rozpuszczona, to będzie ona kwasem, a substancja rozpuszczona zasadą i zajdzie reakcja: I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 10 Jeden ze sposobów klasyfikacji związków organicznych wyróżnia 4 klasy: 1. Węglowodory – związki zawierające tylko węgiel i wodór. 2. Związki jednofunkcyjne – węglowodory, w których jeden z atomów wodoru został zastąpiony atomem innego pierwiastka lub grupą atomów. 3. Związki wielofunkcyjne – węglowodory zawierające dwie lub więcej grup funkcyjnych. 4. Związki heterocykliczne – związki zawierające pierścień węglowy z wbudowanym tzw. heteroatomem (najczęściej tlen, siarka lub azot). Węglowodory Wśród związków węgla i wodoru można wyróżnić kilka grup o podobnych cechach chemicznych wynikających z podobnej struktury cząsteczki. Podział węglowodorów podaje rys. 2. Rys. 2. Podział węglowodorów Alkany to węglowodory łańcuchowe o ogólnym wzorze CnH2n+2 (np. C3H8, CH3- CH2-CH3, propan), zawierające w łańcuchach wyłącznie wiązania pojedyncze węgiel-węgiel. W tabeli 2 zestawiono niektóre alkany prostołańcuchowe. Związki te są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych. Są mało reaktywne ze względu na stosunkowo dużą trwałość wiązań C-C i C-H, zatem są odporne na działanie kwasów, ługów i niektórych silnych utleniaczy. W specyficznych warunkach (promieniowanie UV) alkany ulegają reakcji podstawienia chlorowcami. WĘGLOWODORY ALIFATYCZNE AROMATYCZNE nasycone nienasycone jednopierścieniowe o pierścieniach skondensowanych alkany alkeny alkiny dieny cyklo- alkany W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 11 Tabela 2. Przykłady wybranych alkanów liniowych Liczba atomów węgla w cząsteczce Wzór alkanu Nazwa alkanu Stan skupienia w warunkach normalnych 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 100 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22 C20H42 C30H62 C40H82 C100H202 metan etan propan butan pentan heksan heptan oktan nonan dekan eikozan triakontan tetrakontan hektan Gaz Gaz Gaz Gaz Lotna ciecz Ciecz Ciecz Ciecz Ciecz Ciecz Ciało stałe Ciało stałe Ciało stałe Ciało stałe Alkany są stosowane do różnych celów, m.in. jako gazy palne (metan, etan, propan, butan), składniki paliw (benzyna, olej), jako rozpuszczalniki i dodatki do rozpuszczalników, w farbach i barwnikach, gumach, kauczuku. Wykorzystuje się je także w syntezie organicznej. Cykloalkany to węglowodory o strukturze pierścieniowej zawierające wiązania pojedyncze węgiel-węgiel, o wzorze ogólnym CnH2n. Początek szeregu homologicznego cykloalkanów to następujące związki: C3H6, cyklopropan CH 2 CH 2 CH 2 C4H8, cyklobutan CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C5H10, cyklopentan CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C6H12, cykloheksan CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Cykloalkany wykazują podobne właściwości chemiczne co alkany z wyjątkiem cyklopropanu i cyklobutanu, ze względu na duże naprężenia szkieletu węglowego. Występują w produktach destylacji ropy naftowej (paliwa), stosowane są jako rozpuszczalniki, składniki farb i lakierów, oraz w syntezie organicznej. Węglowodory nienasycone charakteryzują się występowaniem wiązań wielokrotnych między atomami węgla. W przypadku alkenów w łańcuchu węglowym występuje wiązanie podwójne C=C. W cząsteczce węglowodoru nienasyconego może występować także kilka wiązań podwójnych (dieny - cząsteczki z dwoma podwójnymi wiązaniami C=C). Jeżeli w cząsteczce węglowodoru występuje wiązanie potrójne C C , I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 12 związek taki należy do grupy alkinów. W tabeli 3 podano przykłady wybranych liniowych węglowodorów nienasyconych. Tabela 3. Przykłady wybranych liniowych węglowodorów nienasyconych Liczba atomów węgla w cząsteczce Wzór węglowodoru Nazwa Stan skupienia w warunkach normalnych 2 CH 2 CH 2 CH CH eten etyn gaz 3 CH 2 CH CH 3 CH C CH 3 CH 2 C CH 2 propen propyn propadien gaz 4 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH C CH 2 CH 3 CH 2 CH CH CH 2 but-1-en but-1-yn buta-1,3-dien gaz 5 CH 3 CH CH CH 2 CH 3 CH 3 C C CH 2 CH 3 CH 3 CH CH CH CH 2 pent-2-en pent-2-yn penta-1,3-dien ciecz Węglowodory nienasycone są aktywne chemicznie ze względu na znaczną reaktywność wiązania wielokrotnego. Podstawowa reakcja jakiej ulegają te związki to reakcja przyłączania (addycji) do wiązania wielokrotnego (miejsce przyłączenia wodoru określa tzw. reguła Markownikowa). Typowe reakcje addycji: - przyłączanie wodoru: R1-CH=CH-R2 + H2 → R1-CH2-CH2-R2 - przyłączanie chlorowców: R1 CH CH R2 + Cl2 → R1 CH CH R2 Cl Cl - przyłączanie chlorowcowodorów: R1 CH CH R2 + HBr → R1 CH 2 CH R2 Br - przyłączanie wody: R1 CH CH R2 + H2O → R1 CH 2 CH R2 OH W przypadku addycji do wiązania potrójnego powstaje odpowiedni alken, np.: - przyłączanie chlorowcowodorów R1 C C R2 + HBr → R1 CH C R2 Br - przyłączanie wodoru R1 C C R2 + H2 → R1 CH CH R2 Węglowodory nienasycone ulegają też procesowi polimeryzacji, szeroko stosowanemu w skali przemysłowej do otrzymywania dużej liczby tworzyw sztucznych. Proces ten polega na łączeniu się (w specyficznych warunkach) wielu małych cząsteczek W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 15 Tabela 4. Wybrane pochodne węglowodorów Grupa funkcyjna Nazwa i wzór ogólny pochodnej Przykłady związków, nazwa (nazwa zwyczajowa) Fluorowiec: -F -Cl -Br -I Fluorowcopochodna R-X CH3-Cl chlorometan CH3-CHBr-CH2Cl 2-bromo-1-chloropropan CH 3 CH I CH CH CH 3 4-jodo-pent-2-en Hydroksylowa: -OH (połączona z łańcuchem alifatycznym R-) Alkohol R-OH CH3OH metanol CH 3 CH OH CH 2 CH CH 3 CH 3 4-metylo-pentan-2-ol CH 2 OH fenylometanol (alkohol benzylowy) Hydroksylowa: -OH (połączona z pierścieniem aromatycznym Ar-) Fenol Ar-OH OH benzenol (fenol) OH 2-naftalenol (β-naftol) Aldehydowa: C H O Aldehyd C H O R C H O H metanal (aldehyd mrówkowy, formaldehyd) C H O CH 2CH 2 CH 3 butanal (aldehyd masłowy) C H O CHCH 2 propenal (akroleina) Karbonylowa: C O Ketony R1 C R2 O R1, R2 – grupy alifatyczne lub aromatyczne CH 3 C CH 3 O propanon (aceton) CH 3 C CH 2 O CH 3 butanon (keton etylowo-metylowy) C CH 3 O fenylometyloketon (acetofenon) Karboksylowa: C OH O Kwasy karboksylowe R C OH O Ar C OH O H C OH O kwas metanowy(mrówkowy) CH 3 C OH O kwas etanowy (octowy) OH C CH O CH 2 kwas prop-2-enowy (akrylowy) C OH O kwas benzenokarboksylowy (benzoesowy) I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 16 Tabela 4. Wybrane pochodne węglowodorów (ciąg dalszy) Grupa funkcyjna Nazwa i wzór ogólny pochodnej Przykłady związków, nazwa (nazwa zwyczajowa) Aminowa: -NH2 Aminy R1 N R2 R3 R1– grupa alifatyczna lub aromatyczna, R2, R3 – atom wodoru lub grupa alifatyczna lub aromatyczna CH 2 NH 2 CH 3 etyloamina CH 3 N CH 2 H CH 3 etylometyloamina NH 2 fenyloamina (anilina) Nitrowa: -NO2 Nitrozwiązki R-NO2 Ar-NO2 CH 3 CH 2 CH CH 3 NO 2 2-nitrobutan CH 3 NO 2 NO 2 O 2 N 2,4,6-trinitrotoluen (trotyl, TNT) Estrowa: C O O Estry R1 C O O R2 R1, R2 – grupy alifatyczne lub aromatyczne CH 3 C O O CH 2 CH 3 octan etylu CH 2 C O O CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 propionian propylu Alkohole - hydroksylowe pochodne węglowodorów alifatycznych to ciecze lub ciała stałe. Substancje te (także ich roztwory wodne) nie barwią wskaźników kwasowo-zasadowych, a temperatury topnienia i wrzenia alkoholi rosną ze wzrostem masy molowej. Największe znaczenie przemysłowe posiadają: (i). Niższe alkohole monohydroksylowe, m.in.:  metanol (jako rozpuszczalnik, składnik paliwa, w produkcji materiałów wybuchowych, w syntezie organicznej (otrzymywanie estrów metylowych, kwasu mrówkowego, barwników, tworzyw sztucznych, farmaceutyków);  etanol (rozpuszczalnik, w przemyśle spożywczym, składnik paliwa, i inne). (ii). Wyższe alkohole, używane m. in. jako:  rozpuszczalniki i półprodukty w syntezie,  katalizatory wulkanizacji,  składniki leków,  półprodukty do otrzymywania środków kosmetycznych i perfum,  środki antykorozyjne, W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 17 (iii). Alkohole wielowodorotlenowe, m.in.:  etanodiol (glikol) – jako składnik płynów niezamarzających do chłodnic silników, składnik instalacji chłodniczych, w produkcji żywic poliestrowych, włókien syntetycznych, rozpuszczalników, plastyfikatorów oraz materiałów wybuchowych;  propanotriol (gliceryna) – jako rozpuszczalnik tłuszczów, do wytwarzania kosmetyków, w przemyśle farmaceutycznym i garbarskim, w produkcji środków wybuchowych. Fenole czyli hydroksylowe pochodne węglowodorów aromatycznych wykazują w odróżnieniu od alkoholi słabe właściwości kwasowe. Najprostszy i zarazem najczęściej stosowany przedstawiciel tej grupy – hydroksybenzen (fenol), jest bezbarwnym ciałem krystalicznym, słabo rozpuszczalnym w wodzie, toksycznym, w kontakcie ze skórą powoduje oparzenia i martwicę. Jest szeroko stosowany w syntezie tworzyw sztucznych (np. żywice fenolowo-formaldehydowe), w syntezie leków (np. kwas acetylosalicylowy), detergentów, środków ochrony roślin i barwników. Aldehydy są to substancje będące w większości przypadków ciałami stałymi (z wyjątkiem metanalu, etanalu i aldehydów nienasyconych). Posiadają stosunkowo silne właściwości redukujące (same utleniają się do kwasów karboksylowych). Stosowane są do syntez organicznych (barwniki, tworzywa sztuczne), w przemyśle spożywczym i kosmetycznym (składniki kompozycji zapachowych i aromatów spożywczych), garbarstwie. Roztwór metanalu (HCHO) w wodzie (tzw. formalina) stosowany jest jako środek konserwujący preparaty biologiczne. Ketony zawierające niewielkie grupy alkilowe (np. aceton), są cieczami mieszającymi się z wodą i rozpuszczalnikami organicznymi. Są związkami znacznie mniej reaktywnymi od aldehydów, mimo obecności grupy karbonylowej. Stosowane są jako rozpuszczalniki (np. aceton) oraz półprodukty w syntezie organicznej. Kwasy karboksylowe to substancje występujące w stanie czystym w postaci cieczy lub kryształów. Związki te zawierające krótkie grupy alkilowe są cieczami o ostrym, nieprzyjemnym zapachu i toksycznych własnościach, dobrze rozpuszczalne w wodzie (np. kwas octowy). Wraz ze wzrostem długości grupy alkilowej wzrasta temperatura topnienia tych kwasów. Kwasy karboksylowe zawierające poniżej 10 atomów węgla są cieczami w temperaturze pokojowej, a zawierające więcej niż 10 atomów węgla, ciałami stałymi. Kwasy monokarboksylowe zawierające 4–28 atomów węgla o prostym łańcuchu noszą nazwę kwasów tłuszczowych (np. C15H31COOH kwas palmitynowy, C17H35COOH kwas I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 20 Ćwiczenie 2. Klasyfikacja i właściwości związków chemicznych Cele ćwiczenia:  zapoznanie się w praktyce z wybranymi grupami związków nieorganicznych i organicznych oraz ich właściwościami,  nabycie umiejętności przeprowadzania reakcji chemicznych. Po wykonaniu każdego doświadczenia w arkuszu sprawozdania: 1. Zanotować spostrzeżenia właściwe dla danej reakcji (np. wypadanie osadu, jego postać, barwę, rozpuszczanie się osadu, wydzielanie produktów gazowych itp.). 2. Uzupełnić i zbilansować równania zachodzących reakcji. 3. Uzupełnić nazwy substratów i produktów. ZWIĄZKI NIEORGANICZNE L.p. Związek wyjściowy Odczynnik dodatkowy Sposób wykonania reakcji TLENKI 1 MgO H2SO4 0,5 M Szczyptę MgO zadać w probówce 3-4 kroplami H2SO4, ogrzać. 2 CuO H2SO4 0,5 M Szczyptę CuO zadać 3-4 kr. H2SO4, ogrzać. 3 CO2 Woda wapienna ĆWICZENIE WYKONAĆ POD WYCIĄGIEM Do probówki wlać 3-4 cm 3 wody wapiennej. Do kolby wsypać ok. 5 g stałego CaCO3. Kolbę zatkać korkiem z umieszczonym w nim rozdzielaczem i rurką odprowadzającą gaz. Do rozdzielacza wlać ok. 10 cm 3 2 M HCl. Wkraplać powoli kwas do kolby, a wydzielający się gaz kierować do wody wapiennej. WODOROTLENKI 4 Mg H2O Fenoloftaleina Otrzymywanie: a) metal z wodą Wiórki lub kawałek wstążki magnezowej umieścić w probówce, zadać ok. 1 cm 3 H2O i zagotować. Dodać 1-2 kropli roztworu fenoftaleiny. 5 MgO H2O b) tlenek metalu z wodą Szczyptę MgO umieścić w probówce i dodać ok. 1 cm 3 H2O. Zbadać odczyn. 6 FeCl3 0,15 M NaOH 1M c) sól z wodorotlenkiem 3-4 kr. FeCl3 zadać 3-4 kr. NaOH. 7 NaOH 1M HCl 1M Właściwości a) reakcja z kwasem Około 1 cm 3 NaOH zadać 1-2 kr. fenoloftaleiny i dodawać kroplami HCl aż do odbarwienia się wskaźnika. 8 CuSO4 0,25 M NaOH 1M b) rozkład pod wpływem temperatury Około 0,5 cm 3 CuSO4 zadać nadmiarem NaOH i ogrzewać do wrzenia. W y d z i a ł C h e m i c z n y P R z , Z a k ł a d C h e m i i N i e o r g a n i c z n e j i A n a l i t y c z n e j 21 L.p. Związek wyjściowy Odczynnik dodatkowy Sposób wykonania reakcji KWASY 9 P2O5 H2O papierek wskaźnikowy Otrzymywanie: a) tlenek niemetalu z wodą Szczyptę P2O5 rozpuścić w ok. 1 cm 3 wody i zbadać odczyn. 10 CH3COONa 1M H2SO4 1M b) sól z kwasem 1 cm 3 CH3COONa zadać równą objętością kwasu, lekko ogrzać. Zidentyfikować zapach. AMFOTERY 11 AlCl3 0,5M NH3·H2O 1M HCl 1M NaOH 1M Około 1 cm 3 roztworu AlCl3 zadać równą objętością NH3·H2O i wytrącony osad rozdzielić do dwu probówek. Do jednej dodawać kroplami HCl aż do roztworzenia osadu, do drugiej roztwór NaOH. SOLE 12 Na2SO4 1M BaCl2 0,5M reakcja soli z solą 3 - 4 kr. Na2SO4 zadać 3 - 4 kr. BaCl2. 13 KCl 1M Na2HPO4 0,1 M AlCl3 0,5 M papierek wskaźnikowy hydroliza soli W zagłębieniach płytki kroplowej umieścić po kilka kropli roztworów badanych soli, zbadać odczyn papierkiem wskaźnikowym. I n s t r u k c j e d o ć w i c z e ń l a b o r a t o r y j n y c h ; k i e r u n e k : l o g i s t y k a , p r z e d m i o t : c h e m i a opracowanie : Jan Ka lembk iewic z, Bogdan Papc iak , Janus z Pusz 22 ZWIĄZKI ORGANICZNE ĆWICZENIA WYKONAĆ POD WYCIĄGIEM !!! L.p. Związek wyjściowy Odczynnik dodatkowy Sposób wykonania reakcji WĘGLOWODORY 1 Heksan lub dekan KMnO4 0,01 M H2SO4 1 M Do probówki wlać kilka kropli roztworu KMnO4, zakwasić roztworem H2SO4, a następnie dodawać kroplami węglowodór wytrząsając 2 Heksan lub heptan Wykonać próbę palności. W tym celu do małego tygielka wlać około 1 cm 3 węglowodoru, do krawędzi tygielka przybliżyć zapaloną zapałkę. 3 Heks-1-en KMnO4 0,01 M H2SO4 1 M Do probówki wlać kilka kropli roztworu KMnO4, zakwasić roztworem H2SO4, a następnie dodawać kroplami heks-1-en, lekko wytrząsając ALKOHOLE 4 Propan-1-ol, oktan-1-ol H2O Do dwóch probówek wlać po około 0,5 cm 3 alkoholu. Zbadać zapach. Następnie do każdej probówki dodać około 0,5-1 cm 3 wody. Zawartość wytrząsnąć 5 Propan-1-ol H2SO4 1:4 v/v, K2Cr2O7 0,1 M Do probówki dodać kilka kropli roztworu K2Cr2O7, zakwasić kilkoma kroplami kwasu siarkowego(VI) i dodawać po kropli propan-1-ol. Zawartość wytrząsnąć. 6 Propan-1-ol, propan-1,2,3-triol (gliceryna) NaOH 1M, CuSO4 1 M Do dwóch probówek dodać po kilka kropli roztworów CuSO4 i NaOH. Następnie do jednej probówki wlać ok. 1 cm 3 propan-1-olu a do drugiej taką samą ilość gliceryny. Zawartość wytrząsnąć. ALDEHYDY i KETONY 7 Metanal lub etanal CuSO4 1 M, NaOH 1M Do probówki wlać ok. 10 kropli roztworu CuSO4, a następnie dodać ok. 5-7 kropli roztworu NaOH. Do probówki z osadem dodać około 0,5 cm 3 aldehydu. Zawartość ostrożnie ogrzać. 8 Propan-2-on (aceton) NaOH 10%, (KI3) roztwór jodu w jodku potasu Do probówki dodać kilka kropli acetonu, a następnie ok. 1 cm 3 roztworu NaOH, wytrząsnąć i dodawać po kropli roztwór KI3. KWASY KARBOKSYLOWE 9 Kwasy: octowy 2 M, benzoesowy, dekanowy (kaprynowy) woda, papierek wskaźnikowy W trzech probówkach umieścić niewielką ilość badanego kwasu dodać po ok. 1 cm 3 wody, wytrząsnąć (ewentualnie lekko ogrzać), zbadać odczyn. 10 Kwas octowy 1 M CaCO3 Do probówki wsypać szczyptę stałego węglanu wapnia, dodać ok. 1 cm 3 roztworu kwasu octowego. 11 Kwas octowy 1 M NaOH 1M, fenoloftaleina Do probówki wlać ok. 1 cm 3 roztworu NaOH, dodać 1 kroplę fenoloftaleiny, a następnie dodawać po kropli roztwór kwasu octowego. ESTRY 12 Octan etylu woda, papierek wskaźnikowy W probówce umieścić niewielką ilość badanego estru, ostrożnie zbadać zapach, dodać ok. 1 cm 3 wody, wytrząsnąć, zbadać odczyn. 13 Butan-1-ol, kwas heksanowy (kapronowy) H2SO4, stęż. ĆWICZENIE WYKONAĆ POD WYCIĄGIEM !!! Do probówki wlać po ok. 0,5 cm 3 alkoholu i kwasu karboksylowego, dodać kilka kropli stężonego H2SO4, wstawić probówkę do łaźni wodnej na 10-15 minut. AMINY 14 Tripropyloamina woda, fenoloftaleina W probówce umieścić niewielką ilość badanej aminy, ostrożnie zbadać zapach, dodać ok. 1 cm 3 wody, wytrząsnąć, zbadać odczyn.