Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология органических веществ. Учебное пособие-1
.pdf
1. Органические реакции (М.-сб. 1-14.- 1947-1967).
2. Синтезы органических препаратов (М.-сб.1-12.- 1949-1964).
3. Новые методы препаративной органической химии. М., ил, 1950.
4. Физер, Л Реагенты для органического синтеза/Л.Физер, М.Физер.М.Мир.-Т.1-6.1970-1975.
5. Лернер, И.М. Указатель препаративных синтезов органических
соединений/И.М. Лернер [и др.].- Л. 1982.
6. Вейганд, К. Методы эксперимента в органической
химии/К.Вейганд, Г.Хильгетаг. М.: Химия, 1968.
7. Вейганд - Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии.
М.: Химия, 1969.
8. Препаративная органическая химия / под ред. Н.С.Вульфсона. М.:
Химия, 1964.
1.3 Оформление реферата
После ознакомления с литературой по проблеме, студент
пишет реферат. Реферат, как самостоятельный научный документ,
должен иметь титульный лист, краткое введение, основную часть (то
есть аналитический обзор), заключение (выводы), список
использованных материалов. В реферате могут быть приложения.
Введение посвящается актуальности исследования, его месту в
решении общей проблемы.
В основной части делается краткое описание первоисточников
по теме реферата и их анализ. Материал целесообразнее излагать в
хронологическом порядке, так как при этом раскрывается характер
развития знаний в данной области.
После анализа отдельных источников следует сопоставить
исходные положения, методы, результаты и выводы различных
авторов, дать общую оценку состояния исследуемого вопроса,
сформулировать свою точку зрения и сделать заключительный вывод
о том, что осталось неясным или недоработанным в данном вопросе,
какие положения авторов анализируемых материалов необходимо
проверить, в каком направлении следует вести дальнейшие
исследования.
11
Заключение содержит краткое изложение выводов,
вытекающих из анализа вопроса, и формулировку задач дальнейшего
исследования.
Список литературы должен содержать все источники,
использованные при составлении реферата. В тексте реферата на
каждый источник дается ссылка.
По результатам проведенного поиска литературы организуется
конференция, на которой каждый студент делает сообщения. После
того, как студент сделал полный анализ литературных данных по
данной проблеме, он приступает к выбору методики исследования.
Выбор методики исследования на первоначальном этапе
осуществляется студентом, далее в ходе собеседования с
преподавателем согласуется окончательно.
1.4 Экспериментальное исследование
После написания реферата студент приступает к
экспериментальной части работы. Предварительно, ему необходимо
ознакомиться с некоторыми руководствами по методам работы и
лабораторной технике. Рекомендуется список, который представляет
собой перечень наиболее интересных работ в области органической
химии:
. Рейхсфельд, В.О. Лабораторный практикум по технологии
1
основного органического синтеза/В.О.Рейхсфельд [и др.]. М-Л.:
Химия, 1966.
2. Практикум по органическому синтезу. М., Просвещение, 1974.
3. Линстед, Р. Современные методы исследования в органической
химии/Р.Линстед [и др.]. М., 1959.
4. Вайсберг, А. Органические растворители/ А.Вайсберг [и др.]. М.,
1958.
Наиболее часто используемыми методами исследования
органических веществ являются масс-спектрометрия, метод ядерного
магнитного резонанса, хроматографический метод.
Масс–спектрометрия. Масс-спектрометрические методы
анализа основаны на определении отдельных ионизированных
атомов, молекул и радикалов посредством разделения потоков,
12
содержащих частицы с разным отношением массы к заряду, в
результате комбинированного действия электрического и магнитного
полей. Масс-спектрометрические методы анализа дают возможность
установить изотопный состав и исследовать состав продуктов
реакций, содержание микропримесей в особо чистых веществах и т.д.
Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Метод основан
на использовании обусловленного ядерным магнетизмом
резонансного поглощения электромагнитных волн исследуемым
веществом в постоянном магнитном поле. Метод ЯМР применяется
для исследования комплексных соединений, состояния ионов в
растворе, для изучения химической кинетики.
Хроматографический метод. Метод принципиально основан
на разделении отдельных составляющих многокомпонентных смесей.
Главной особенностью хроматографического метода является
избирательное поглощение (сорбция) определяемых компонентов
анализируемой смеси различными сорбентами. С помощью этого
метода возможно: разделение сложных смесей органических и
неорганических веществ на отдельные компоненты; разделение
веществ, близких по их физико-химическим свойствам; селективное
извлечение веществ из сложных смесей; качественный и
количественный анализы исследуемого вещества.
Экспериментальная часть работы наиболее трудоемкая,
длительная по времени и требует от студента умение применять все
знания, полученные в ходе обучения на примере исследования по
заданной теме.
Все данные, полученные в ходе эксперимента, должны быть
сведены в таблицу или представлены в виде графиков.
1.5 Обобщение и оценка результатов
Сопоставление результатов экспериментального и
теоретического исследований окончательно подтверждает
выдвинутую гипотезу и следствия, вытекающие из нее, или
свидетельствует о необходимости видоизменения гипотезы. В редких
случаях возможен и отрицательный результат, тогда гипотезу следует
отвергнуть.
13
1.6 Оформление отчета и его защита
После обработки результатов студент приступает к
составлению и написанию отчета по проведенной работе. Отчет
включает в себя:
Введение.
1. Цели и задачи работы.
2. Аналитический обзор.
3. Патентный поиск.
4. Обобщение и оценку результатов исследования.
5. Экспериментальную часть.
6. Безопасность и экологичность работы.
Выводы и предложения по работе.
Список использованной литературы.
После выполнения исследовательской работы в конце
семестра каждый студент сдает зачет. Зачет устраивается в виде
конференции, где идет не только заслушивание отчетов по
лабораторным занятиям, но и активное их обсуждение, в котором
принимает участие вся группа и преподаватели кафедры.
2 ТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
.1 Приготовление растворов
2
По характеру взятого растворителя различают растворы:
водные и неводные. К последним принадлежат растворы в
органических растворителях таких, как спирты, эфиры, ацетон, бензол
и др. Растворы большинства солей, щелочей и кислот готовятся
главным образом водные / 1 /.
По точности выражения концентрации растворы делят на
приблизительные, точные и эмпирические.
2.1.1 Концентрации растворов
Концентрации растворов обычно выражают в массовых
(весовых) и объемных (для жидкостей) процентах, в молях или грамм-
14
эквивалентах, содержащихся в единице объема раствора, а также
титром и моляльностью.
Концентрации приблизительных растворов большей частью
выражают в массовых процентах; точных – в молях, в граммэквивалентах, содержащихся в 1 л раствора, или титром.
При выражении концентрации в массовых процентах
указывают содержание растворенного вещества (в граммах) в 100 г
раствора (но не в 100 мл раствора!).
Так, если говорят, например, что взят 10% раствор поваренной
соли NaCl, это значит, что в 100 г раствора (а не в 100 мл его)
содержится 10 г поваренной соли и 90 г воды.
Когда дана концентрация раствора, выраженная в массовых
процентах (например, 25% раствор NaCl), и хотят взять столько
раствора, чтобы в нем содержалось определенное количество
растворенного вещества (например, 5 г NaCl), то нужно брать раствор
по массе (т.е. 20 г).
Что будет, если взять не 20 г раствора, а 20 мл? Плотность
5% раствора NaCl равна 1,203 г/мл. Поэтому, взяв 20 мл такого
2
раствора, возьмем 20×1,203=24,06 г его. В этом количестве раствора
будет содержаться уже не 5г NaCl, а (25×24.06) / 100 = 6,01 г.
Если известна плотность раствора, то, как указывалось выше,
удобнее брать его по объему, а не по массе, причем для вычисления
нужного объема пользуются формулой:
V = m / ρ, (2.1)
где V – объем; m – масса; ρ - плотность.
Для нашего случая получаем объем, равный V=20/1,203=16,6 мл.
Сказанное относится преимущественно к концентрированным
растворам. В случае разбавленных (меньше 1%) получающаяся
ошибка незначительна и ею можно пренебречь.
Концентрация раствора, выраженная в молях, содержащихся в
1 л раствора (но не в 1 л растворителя!) называется молярностью.
Раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества,
называется одномолярным или просто молярным.
Молем (грамм-молекулой) какого-либо вещества называют
15
молекулярную массу (молекулярный вес) его, выраженную в граммах;
0,001 моль называют миллимолем. Этой величиной пользуются для
выражения концентрации при некоторых исследованиях.
Пример 1. Моль серной кислоты равен 98,08 г, поэтому
молярный раствор ее должен содержать это количество в 1 л раствора
(но не в 1 л воды).
Если концентрация выражена числом грамм-эквивалентов,
содержащихся в 1 л раствора, то такое выражение концентрации
называется нормальностью.
Раствор, содержащий в 1 л один грамм-эквивалент вещества,
называется однонормальным или часто просто нормальным.
Грамм-эквивалентом вещества является такое количество его,
выраженное в граммах, которое в данной реакции соединяется,
вытесняет, или эквивалентно 1,008 г водорода (т.е. 1 г-атом). Граммэквивалент одного и того же вещества может иметь различную
величину в зависимости от той химической реакции, в которой это
вещество участвует.
Грамм-эквивалент Е в реакциях замещения вычисляют путем
деления молекулярной массы на основность кислоты или полученной
из нее соли, кислотность основания или при окислительновосстановительных реакциях – на число переходящих электронов n:
для реакций замещения:
-
E = M / H (2.2)
- для окислительно-восстановительных реакций:
E = M / n, (2.2а)
где M – молекулярная масса; H – основность кислоты или кислотность
основания.
Ввиду того, что нормальные растворы для большинства
аналитических целей и работ слишком концентрированы, обычно
готовят более разбавленные растворы (полунормальные,
децинормальные и т.д.). При записях нормальность обозначают
русской буквой н. или латинской буквой N; перед буквенным
обозначением ставят число, указывающее, какая часть грамм-
16
эквивалента (или сколько грамм-эквивалентов) взята для
приготовления 1 л раствора). Так, полунормальный раствор
обозначается 0,5н., децинормальный 0,1н. и т.д.
Титром называют содержание вещества в граммах в 1 мл
раствора.
Выражая концентрацию раствора с помощью титра, указывают
число граммов вещества, содержащихся в 1 мл раствора. Пусть,
например, в 1 л раствора содержится 5,843 г серной кислоты. Тогда
титр раствора будет равен:
Т = 5,843/1000 = 0,005843 г/мл.
Моляльными называют растворы, приготовляемые
растворением одного (или части) моля вещества в 1 кг растворителя.
Например, для приготовления одномоляльного раствора NaCl
растворяют 58,457 г этой соли в 1 кг воды, приведя массу воды в
данных условиях к объему. Следует помнить, что при приготовлении
моляльных растворов расчет ведут именно на 1 кг растворителя, а не
раствора, как в случае молярных или нормальных растворов.
Объемные проценты для выражения концентрации применяют
только при смешивании взаимно растворяющихся жидкостей.
В разделе указаны только основные важнейшие приемы
выражения концентраций. При специальных исследованиях могут
применяться и другие единицы для выражения содержания вещества.
.1.2 Расчеты при приготовлении водных растворов
2
Независимо от того, какие (по точности) приготовляют
растворы, применять следует только чистые растворители. Если
растворителем служит вода, то можно применять только
дистиллированную или деминерализованную воду, а в отдельных
случаях даже бидистиллят или специально очищенную
дистиллированную воду.
Приблизительные растворы. При приготовлении
приблизительных растворов количества веществ, которые должны
быть взяты для этого, вычисляют с небольшой точностью. Атомные
массы элементов для упрощения расчетов допускается брать
17
округленными иногда до целых единиц. Так, для грубого подсчета
1
5
100
150
0
.
1
5
100
177
6
.
атомную массу железа можно принять равной 56 вместо точной –
55,847; для серы – 32 вместо точной 32,064 и т.д.
Вещества для приготовления приблизительных растворов
взвешивают на технохимических или технических весах.
Принципиально расчеты при приготовлении растворов
совершенно одинаковы для всех веществ.
Количество приготовляемого раствора выражают или в
единицах массы (г, кг), или в единицах объема (мл, л), причем для
каждого из этих случаев вычисление количества растворяемого
вещества проводят по разному.
Пример 2. Пусть требуется приготовить 1,5 кг 15% раствора
хлористого натрия. Предварительно вычисляем требуемое количество
соли. Расчет проводится согласно пропорции:
100 - 15
1500 - x
т.е. если в 100 г раствора содержится 15 г соли (15%), то, сколько ее
потребуется для приготовления 1500 г раствора?
Расчет показывает, что нужно отвесить 225 г соли, тогда воды
нужно взять 1500 – 225 = 1275 г.
Если же задано получить 1,5 л того же раствора, то в этом
случае по справочнику узнают плотность, умножают последнюю на
заданный объем и таким образом находят массу требуемого
количества раствора. Так, плотность 15% раствора хлористого натрия
при 15 0С равна 1,184 г/см3. Следовательно, 1500 мл составляет 1500 –
1,184 = 1776 г, т.е.
100 - 15
1776 - x
Следовательно, количество вещества для приготовления 1,5 кг
и 1,5 л раствора различно.
x =
x=
= 225 г
= 266,4 г.
18
Расчет, приведенный выше, применяется только для
1
0
100
200
0
.
200
322,2
.
5
100
2057,
4
.
приготовления растворов безводных веществ. Если взята водная соль,
например, Na2SO4⋅10H2O, то расчет несколько видоизменяется, так как
нужно принимать во внимание и кристаллизационную воду.
Пример 3. Нужно приготовить 2 кг 10% раствора Na2SO4,
исходя из Na2SO4⋅10H2O.
Молекулярная масса Na2SO4 равна 142,041, а Na2SO4⋅10H2O –
322,195, или округленно 322,20.
Расчет ведут вначале на безводную соль:
100 - 10
2000 - x
Следовательно, нужно взять 200 г безводной соли. Количество
десятиводной соли находят из расчета:
x =
= 200 г.
142,04 - 322,2
200 - x
Воды в этом случае нужно взять: 2000 – 453,7 = 1546,3 г.
Так как раствор не всегда готовят с пересчетом на безводную
соль, то на этикетке, которую обязательно следует наклеивать на
сосуд с раствором, нужно указать, из какой соли приготовлен раствор,
например 10% раствор Na2SO4 или 25% Na2SO4⋅10H2O.
Часто случается, что приготовленный ранее раствор нужно
разбавить, т.е. уменьшить его концентрацию. Растворы разбавляют
или по объему или по массе.
Пример 4. Нужно разбавить 20% раствор сернокислого
аммония так, чтобы получить 2 л 5% раствора. Производим расчет.
По справочнику узнаем, что плотность 5% раствора (NH4)2SO4
равна 1,0287 г/см3. Следовательно, 2 л его должны весить
1,0287×2000=2057,4 г. В этом количестве должно находиться
сернокислого аммония:
100 - 5
2057,4 -x
x=
x =
19
142,04
= 453,7 г.
= 102,87 г.
Теперь можно подсчитать, сколько нужно взять 20% раствора,
100
2
0
102,8
7
.
0
чтобы получить 2 л 5% раствора.
Составляем пропорцию:
100 - 20
x - 102,87
Полученную массу раствора можно пересчитать на объем его.
Для этого массу раствора делят на его плотность (плотность 20%
раствора равна 1,1149 г/см3), т.е. 514,35 / 1,1149 = 461,3 мл.
Учитывая, что при отмеривании могут произойти потери,
нужно взять 462 мл и довести их до 2 л, т.е. добавить к ним 2000– 462
= 1538 мл воды.
Если же разбавление проводить по массе, расчет упрощается.
Но вообще разбавление проводят из расчета на объем, так как
жидкости, особенно в больших количествах, легче отмерить по
объему, чем взвесить.
Нужно помнить, что при всякой работе, как с растворением,
так и с разбавлением никогда не следует выливать сразу всю воду в
сосуд. Водой ополаскивают несколько раз ту посуду, в которой
проводилось взвешивание или отмеривание нужного вещества, и
каждый раз добавляют эту воду в сосуд для раствора.
Когда не требуется особенной точности, при разбавлении
растворов или смешивании их для получения растворов другой
концентрации можно пользоваться следующим простым и быстрым
способом.
Возьмем разобранный уже случай разбавления 20% раствора
сернокислого аммония до 5%. Пишем вначале так:
x =
= 514,35 г
20
5
где 20 – концентрация взятого раствора; 0 – вода и 5 – требуемая
концентрация. Теперь из 20 вычитаем 5 и полученное значение пишем
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]