75344 str040 (4)

78 Ćwiczenie nr 10

c) oznaczyć masę cząsteczkową związku, która określa rzeczywista liczbę różnego rodzaju atomów w cząsteczce tzn. wzór sumaryczny związku.

Obecność węgla lub wodoru w związku wykrywa się przez spalanie, w wyniku ogrzewania, badanego związku z tlenkiem miedzi (II). Węgiel ulega wtedy przemianie do C0₂ a wodór do H₂0.

ciepło

(C,H) + CuO-* Cu + C0₂ + HjO

Znajac pierwiastki, z których składa się związek ustala się proporcje w jakich te pierwiastki występują. W tym celu podobnie jak poprzednio spala się związek badany w temp. 600-800°C a produkty spalania przepuszcza przez rurę wypełniona środkiem osuszającym tj. bezwodnym nadchloranem magnezu, a następnie przez rurę wypełnioną mocną zasada (zazwyczaj askarytem -wodorotlenek sodu osadzony na azbeście). Środek osuszający pochłania wodę a askaryt dwutlenek węgla. Przyrost masy każdej z rur określa masę wody i dwutlenku węgla.

Przykład obliczeń (zadanie 11

Spalając próbkę gazowego związku organicznego ważącą 1,6 g otrzymano 4,4 g C0₂ i 3,6 g H₂0. Podać wzór chemiczny związku.

a)    liczymy jaka masa węgla znajdowała się w analizowanej próbce. Spalanie węgla zachodzi

zgodnie z reakcją:

C + 0₂ -—> C0₂

Spalając 1 mol C czyli 12,01 g - otrzymuje się 1 mol C0₂ czyli 44,01 g. przy spaleniu X g - otrzymaliśmy 4,4 g

v 12,01    4,4    . .n-n

zatem X = ——-— = 1,1999 g C

44.01

b)    Podobnie liczymy zawartość wodoru w próbce

H₂ 4- '/z0₂ —* H₂0

2,016 g H₂-> 18,02 g H₂0

Y g H₂ —» 3,6 g H₂0

zatem Y = ²’⁰¹⁶ ' ^3,6 = 0,4027 g Il₂

18.02    ^{s 2}

c)    Skład procentowy próbki wynosi:

%C =    • 100% = 74,9%

1,6

%H₂ = °-⁴⁰²⁷ • 100% = 25,1%

1,6

d)    Obliczamy stosunek atomów C:H w cząsteczce badanej substancji, dzieląc ilości każdego

pierwiastka przez masę molową.

dla C: ⁷⁴’⁹ = 6,24 dla H: -lll⁹.. = 24,7 12,01 1,008

czyli dla C_nH„    n : m = 6,24 : 24,7

Wiedząc, że stosunek ten ma się wyrażać prostymi liczbami całkowitymi mamy: n : m = 6,24 : 24,7 = 1:4

Zatem na każdy atom węgla przypadają w cząsteczce 4 atomy wodoru. Wzór empiryczny CH₄ lub C₂H_g lub C₃H₁₂ itd.

W celu wyznaczenia wzoru sumarycznego należy znać masę cząsteczkową związku. Można ją zmierzyć metodą spektrometrii masowej.

Przykład obliczeń (zadanie 21

Określić wzór sumaryczny związku chemicznego organicznego, którego wzór empiryczny jest CH₃, a masa drobinowa 30.

Dodatkowe wyjaśnienia:

Wzór sumaryczny określa z ilu i jakich atomów pierwiastków składa się cząsteczką.

Wzór empiryczny określa proporcje wagowe (atomowe) w jakich pposzczególne atomy występują w związku chemicznym (substancji chemicznej), cząsteczce.

Wzór empiryczny otrzymuje się na podstawie:

a)    analizy jakościowej tj z jakich atomów składa się substancja (związek) np. z węgla C i wo

doru H.

b)    analizy ilościowej tj w jakich proporcjach Wagowych występują w stosunku do siebie atomy

w związku (cząsteczce) C : H = 1 : 3 czyli CH₃. Oznacza to, że na 1 atom C przypadają 3 atomy H lub na 12 g C przypadają 3 g H.

Wzór sumaryczny związku o wzorze empirycznym CH₃ otrzymuje się w następujący sposób:

a)    oblicza się sumę mas atomowych pierwiastków występujących w związku korzystając ze

związku empirycznego CH₃

1 • C 1 ■ 12 g = 12 g

= 15_g

3 ■ H 3 • 1 g = 3 g

b)    masę drobinową "30” dzieli się przez sumę mas atomowych

30 : 15 = 2

c)    wynik "2” mnoży się przez udziały atomowe we wzorze empirycznym

C, . ^ 11, . 2 ” C"! i^    etan

Obecność w próbce innych pierwiastków np. azotu, siarki, chloru, zwiększa stopień trudności w wykonaniu analizy jakościowej i ilościowej.

Obliczenie wzoru chemicznego zgodnie z podanymi przez prowadzącego danymi należy wykonać w zadaniu 2.

2.2. DESTYLACJA

Pod pojęciem destylacja rozumie się proces przemiany cieczy w stan pary a następnie skraplanie pary w ciecz realizowane w innym urządzeniu np. w chłodnicy. Destylacja stanowi jeden z najważniejszych procesów oczyszczania i rozdzielania związków organicznych oraz ich jakościowej i ilościowej oceny. Tak więc rozdzielanie mieszanin dwu lub więcej składnikowych drogą destylacji polega na ogrzaniu całej mieszaniny do wrzenia a następnie odebraniu i ponownym skropleniu powstałych oparów. Ciecz skroplona jest bogatsza w składnik bardziej lotny i nosi nazwę destylatu zaś część nieodparowana stanowi pozostałość destylacyjna (ciecz wyczerpana). Warunkiem użycia tej metody jest aby substancja organiczna w czasie ogrzewania nie ulegała rozkładowi. Wyróżnia się następujące sposoby destylacji: prostą, frakcyjną (rektyfikację), destylację z parą wodną, pod zmniejszonym ciśnieniem.

Destylację prostą stosuje się do oczysżczania cieczy od zawartych w niej substancji nielotnych. Rozdzielenie substancji przez destylację wymaga, aby różnice temperatury wrzenia składników były rzędu 60-80°C, a temperatura wrzenia substancji destylowanej nie przekraczała 200°C.

Sposób wykonania destylacji prostej (zadanie 3)

Aparatura laboratoryjna do destylacji prostej składa się z kolby destylacyjnej zaopatrzonej w termometr, chłodnicę, przedłużacz oraz odbieralnik (Rys. 1).

Zawartość cieczy destylowanej w kolbie winna wynosić od 1/3 do 2/3 objętości. Termometr w kolbie destylacyjnej powinien być tak umieszczony aby cały strumień par omywał jego główkę rtęciową. Przy destylacji substancji o temp. wrzenia do 150°C stosuje się chłodnicę wodną. Powyżej tej temperatury używa się chłodnicy powietrznej lub chłodnicy wodnej, w której zatrzy-