Лабораторна робота 1

Аналіз органічних сполук Теоретична частина Якісний аналіз

 

Виявлення Карбону

 Пряме виявлення Карбону зазвичай можна зробити за допомогою простого нагрівання. Органічна речовина, що аналізується, горить майже безбарвно, з кіптявою чи світінням, або обвуглюється.

Для непрямого виявлення Карбону у вигляді карбон(ІV) оксиду є два способи:

• спалювання горючих сполук;

• сильне нагрівання у присутності купрум(ІІ) оксиду негорючих сполук.

Карбон діоксид, що утворюється в обох випадках, виявляють за допомогою вапняної (баритової) води:

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O

Наявність білого помутніння або білого осаду свідчить про утворення кальцій (барій) карбонату.

Виявлення Гідрогену й Оксисену

 Майже всі органічні сполуки містять Гідроген. Цей Гідроген окиснюється при спалюванні або при нагріванні в присутності купрум(ІІ) оксиду, утворюючи воду, яка легко виявляється, наприклад, за допомогою смужки паперу, просоченого кобальт(ІІ) хлоридом:

Со²⁺ → Со²⁺(аq)

При цьому колір смужки змінюється з синього на рожевий.

При піролізі (термічному розщепленні без доступу повітря) органічної сполуки утворення крапельок води свідчить про одночасну присутність зв’язаного Гідрогену й Оксигену.

Пряме виявлення Оксигену можливе також при прожарюванні сполуки з магнієм (рис. 1). У цьому випадку утворюється білий магній оксид.

 

Рис. 1. Виявлення Оксигену у складі органічної речовини

Одночасне виявлення наявності у складі органічної сполуки Карбону й Гідрогену можливе у процесі прожарювання зразка речовини з купрум(ІІ) оксидом (рис. 2).

Рис. 2. Виявлення Карбону й Гідрогену у складі органічної речовини

C_xH_yO_z + CuO → CO₂ + H₂O + Cu

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓+ H₂O

CuSO₄ + 5 H₂O → CuSO₄ · 5 H₂O

Виявлення Нітрогену

В органічних сполуках Нітроген є найбільш важливим гетероелементом. Він трапляється у складі більшості природних органічних речовин. Тому особливу увагу приділяють якісному та кількісному визначенню саме Нітрогену в органічних речовинах. Проводити виявлення Нітрогену можна декількома способами.

Амоніачний спосіб. При нагріванні сполук амінів й амінокислот, що містять Нітроген, із концентрованим розчином натрій гідроксиду або сумішшю з натрій гідроксиду і кальцій оксиду (натронного вапна) утворюється амоніак, який ідентифікується завдяки своєму запаху та за допомогою вологого індикаторного паперу, піднесеного до отвору пробірки (рис. 3).

У пробірку вміщують 2 г (2 мл) органічної речовини, добавляють 2 мл розчину натрій гідроксиду і нагрівають. Сполука руйнується, виділяється амоніак, а за наявності води утворюється амоній гідроксид.

3[H] + [N] → NH₃

NH₃ + H₂O → NH₄OH

Рис. 3. Виявлення Нітрогену у складі органічної речовини амоніачним способом

Ціанідний спосіб. Цим способом можна визначати не тільки Нітроген, а й Сульфур та галогени, попередньо провівши деструкцію досліджуваної речовини. Спосіб ґрунтується на сплавленні органічної речовини з металічним натрієм і переведенні елементів у склад мінеральних сполук. При сплавленні відбувається перетворення Нітрогену, незалежно від того, в якій формі він перебував у сполуці, у натрій ціанід, Сульфуру — у натрій сульфід, Хлору, Брому, Йоду — у відповідні галогеніди натрію.

Галогени також можна виявляти у інший спосіб. Сполуки, що містять галогени, при нагріванні на мідному листі (рис. 4) або мідному дроті утворюють галогеніди купруму. Галогеніди забарвлюють полум’я в інтенсивний зелений колір (проба Бейльштейна).

 

 Рис. 4. Виявлення галогенів у складі органічної речовини (проба Бейльштейна)

Увага: пряме виявлення галогенів за допомогою йонів Аргентуму в більшості органічних сполук неможливе. На відміну від неорганічних речовин атоми галогенів утворюють не йонні, а полярні зв’язки.

Кількісний аналіз

 Для кількісного аналізу речовини береться точно зважена кількість речовини і непрямим шляхом визначається маса елементів, зв’язаних у речовині.

Якщо речовина складається тільки з Карбону, Гідрогену й Оксигену, то вона повністю окиснюється повітрям або киснем і купрум оксидом до СО₂ і Н₂О. Вода абсорбується в ємкості, заповненій сухим кальцій хлоридом, а СО₂ — в ємкості, заповненій NaOH і скловатою (рис. 5). Збільшення маси в посудинах відповідає масам сполук, що утворюються при згоранні. Завдяки цьому можна розрахувати вміст Карбону і Гідрогену в речовині.

 

 Рис. 5. Прилад для кількісного визначення Карбону, Гідрогену й Оксигену у складі органічної речовини (апарат Лібіха)

Приклад

Маса речовини	m = 0,0973 г
маса утвореного СO2	m(СO2) = 0,1861 г
маса утвореної Н2O	m(Н2O) = 0,1142 г

 

Маса Карбону в отриманому карбон діоксиді:

m(C) / m(CO₂) = M(C) / M(CO₂)

Звідси:

m(C) = m(CO₂) · M(C) / M(CO₂) = 0,0508 (г)

Маса Гідрогену у воді, що утворилася:

m(Н) / m(Н₂O) = 2M(Н) / M(Н₂O)

Звідси:

m(Н) = m(Н₂O) · 2M(Н) / M(Н₂O) = 0,0127 (г)

Маса Оксигену визначається шляхом віднімання від загальної маси мас Карбону і Гідрогену:

m(О) = m - m(Н) - m(С) = 0,0973 - 0,0127 - 0,0508 = 0,0338 (г)

Числове співвідношення атомів у молекулі отримуємо із співвідношення кількості речовин ν:

ν = m / M

ν(С) = 0,0042 моль

ν(Н) = 0,0127 моль

ν(О) = 0,0021 моль

ν(С) : ν(Н) : ν(О) = 4,2 : 12,7 : 2,1 = 2 : 6 : 1.

Найпростіша формула - С_2хН_6хО_х.

Щоб визначити х, потрібно експериментальним шляхом визначити молярну масу.