Grosse E. Weismannel X.
Chimia pentru cei curioși. Bazele chimiei și experimentele de divertisment.
Ne uităm la ultimul
Și acum, în mlaștini putrezirea plantelor. Mlaștina rotativă poate fi găsită în apa stătătoare a unui iaz sau în apropierea țărmului unui curent care curge încet. Transformările chimice care apar sunt similare cu procesele din care a început formarea cărbunelui și a petrolului. Să verificăm acest lucru cu ajutorul experienței.
Obținerea de gaze de mlaștină
Vom scoate niște nămoluri din iaz. Puteți lua locul lui și a pământului de pe fundul mlaștinii. Împreună cu noroi sau pământ, vom colecta apă. Cu acest nămol, umpleți un borcan de sticlă mare de o treime din cutii. După aceea, turnăm apa de mlaștină în borcan spre vârf. Din partea de sus vom consolida pâlnia de sticlă, iar la ea o bucată de furtun de cauciuc vom uni un tub de sticlă scurt, cu capătul tras. Ieșiți pâlnia cu o clemă pe furtunul de cauciuc.
Treptat, se formează bule de gaz care umple pâlnia. După aceasta, puteți deschide cu grijă clema și seta imediat gazul la foc. Combustia se datorează în principal faptului că metanul intră în gazul mlastos.
Metanul este primul compus carbon din serie. Conține numai carbon și hidrogen. Formula de metan CH4. În molecula sa, patru atomi de hidrogen sunt legați la un atom de carbon. Cu toate acestea, formula prezentată aici nu oferă o imagine completă a structurii spațiale a moleculei de metan. Studiile au arătat că toți cei patru atomi de hidrogen sunt situate la nodurile unui tetraedru regulat, care este poziționată în același mod în raport cu atomul de carbon care este în centru.
Metanul este obținut nu numai atunci când este putrezit. O mulțime de metan este conținut într-un amestec de gaze care se formează în timpul distilării uscate a cărbunelui. În plus, este principala componentă a multor gaze naturale, precum și un produs secundar al rafinării petrolului. În prezent, metanul este cea mai importantă materie primă pentru producerea de hidrogen, monoxid de carbon CO și alte substanțe. În combustia incompletă a metanului, se obține funingine (carbon într-o stare fin divizată), care este utilizată, în special, ca umplutură în producerea cauciucului.
Carbonul, desigur, nu poate fi clasificat printre cele mai comune elemente chimice. În scoarța terestră, aceasta este de numai 0,12%. Dar din toate celelalte elemente se distinge printr-o varietate excepțională de compuși chimici. Numărul de compuși de carbon cunoscuți în prezent este mai mult decât dublul numărului de compuși ai tuturor celorlalte elemente combinate.
Această particularitate a carbonului este explicată prin abilitățile speciale ale atomilor săi de a forma legături chimice.
Ca regulă, carbonul este tetravalent. Atomii săi pot fi atașați unul de altul prin formarea de lanțuri și inele mai mult sau mai puțin lungi. Restul unităților de valență liberă sunt ușor saturate cu hidrogen. Ca rezultat, se produc hidrocarburi.
Cu cele mai simple dintre ele - metan - ne-am întâlnit deja. Următoarea hidrocarbură complexă se numește etan. Moleculele sale conțin doi atomi de carbon și șase atomi de hidrogen.
Adăugarea unui al treilea atom de carbon și saturarea valențelor libere de hidrogen conduc la formarea de propan cu formula C3H8.
Următoarea hidrocarbură cu patru atomi de carbon este numită butan și are compoziția C4H10.
De asemenea, puteți face lanțuri de carbon mai lungi.
Acum sunt cunoscuți membrii seriei cu mai mult de 100 de atomi de carbon.
Hidrocarburile din metan în butan în condiții normale sunt gazoase. Pornind de la pentan, care are cinci atomi de carbon, ele sunt lichide. Compușii care conțin 17 sau mai mulți atomi de carbon la temperatura camerei sunt solide.
Hidrocarburile metan, etan, propan, butan, etc. formează o serie de compuși foarte apropiați între ei în ceea ce privește structura și proprietățile chimice. Tabelul "O serie de alcani" enumeră numele și formulele celor mai importanți membri ai acestei serii. Evident, fiecare substanță ulterioară diferă în compoziție față de cea precedentă prin prezența unui grup suplimentar de CH2.
Noua formulă generală pentru hidrocarburi cu n atomi de carbon este CHN2 + +2. Astfel, numărul de atomi de hidrogen din moleculă este cu 2 mai mult decât numărul dublu de atomi de carbon. Acești doi atomi de hidrogen sunt la capetele lanțului de carbon. O astfel de serie de compuși este numită seria omologă.
Numele membrilor individuali ai seriei de hidrocarburi menționate anterior se termină cu sufixul "en", iar colectiv se numesc alcani.
Un număr de alcani
Alcani lichizi și solizi sunt conținute în principal în ulei, precum și în rășină derivată din cărbune brun. Alcani, predominant cu șase până la zece atomi de carbon, de exemplu octan, fac parte din benzină. Următoarele alcani lichizi din serie sunt constituenți principali ai motorinei și uleiurilor lubrifiante. Un amestec de hidrocarburi solide din această serie este numit parafină.
Alcani sunt cunoscuți nu numai cu un lanț drept, ci și cu un lanț de carbon ramificat.
De exemplu, pentru hidrocarburile C4H10, sunt posibile două variante ale structurii.
Pentru următoarea hidrocarbură C5H12 există deja trei structuri posibile:
În alcani, toate valențele libere ale atomilor de carbon sunt saturate cu atomi de hidrogen. Prin urmare, ele sunt numite încă hidrocarburi saturate. Spre deosebire de acestea, hidrocarburile nesaturate conțin mai puțin hidrogen. Valențele libere ale atomilor de carbon vecini interacționează și formează legături duble sau triple.
În formulele structurale, astfel de legături sunt reprezentate prin două sau trei liniuțe între atomii de carbon corespunzători. Evident, hidrocarburile nesaturate, dacă sunt aranjate în ordinea numărului crescând de atomi de carbon, formează, de asemenea, serii omoloage.
Cele mai simple și, în același timp, cele mai importante hidrocarburi nesaturate din tehnologie au o legătură dublă sau triplă în moleculă. În primul caz se numesc alkenuri. iar în al doilea - alchine.
Primii reprezentanți ai acestei serii sunt etilenă (etilenă) (H2C = CH2) și etină (acetilenă) (HCNCH). Etilena și etina sunt cei mai importanți intermediari în tehnologia de sinteză organică. Ambele gaze sunt produse în prezent în întreaga lume în cantități imense prin procesarea catalitică a hidrocarburilor petroliere. În plus, metoda de obținere a etanului din carbură de calciu și apă este de mare importanță.
Pentru a studia proprietățile hidrocarburilor nesaturate, începem cu etenă, care poate fi ușor obținută din alcool și acid sulfuric.
Vom colecta un dispozitiv simplu. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de două eprubete. La unul dintre ele se selectează un dop cu două găuri și se introduce un tub de sticlă curbat și un termometru cu o scară până la 250 ° C. Toate conexiunile trebuie să fie suficient de dense pentru ca gazul rezultat să poată scăpa numai prin tub.
Tubul a fost pus 2 ml de alcool denaturat și cu precauție, în porțiuni mici, se adaugă 5 ml de acid sulfuric concentrat (numai în ochelari!). Când amestecul este foarte mult încălzit, și ne simțim imediat mirosul plăcut - se află etenă, până când o cantitate mică. Puteți adăuga încă 1-2 g de nisip fin curate în tubul de testare pentru a accelera reacția. Cu toate acestea, acest lucru nu se poate face.
Pentru al doilea tub se toarnă 5-10 ml de soluție de carbonat de sodiu 10% (carbonat de sodiu) și se adaugă câteva picături de soluție de permanganat de potasiu. Soluția trebuie să fie intensă violet, dar nu prea întunecată. Se numește reactiv Bayer. (In intern metoda literatura chimică pentru determinarea structurii compușilor nesaturați prin oxidarea unei soluții diluate de permanganat de potasiu a fost numită reacția lui Wagner. Această reacție a fost descoperit de EE Wagner în 1887 și este descrisă în „Journal of rus Societății Fizico-Chimice“ pentru 1888 m 20, p. 72 - Notă)
Acum vom asambla dispozitivul si vom incalzi primul tub cu un arzator Bunsen pana cand termometrul imersat in amestecul de alcool cu acid sulfuric arata 150-170 ° C.
Pe tubul de sticlă, etena gazoasă este îndepărtată (acum o recunoaștem ușor prin mirosul său plăcut). Să trecem prin reactivul lui Bayer. În curând soluția se va decolora și va elibera simultan fulgi de maro de oxid de mangan (IV).
Dacă există puțină apă de brom, puteți să o diluați cu apă într-un raport de 1: 1 și prin lichidul maro rezultat pentru a trece etenul. (Atenție: vaporii de brom acționează asupra ochilor și a tractului respirator). Culoarea apei de brom va dispărea. După aceasta, este posibil să se aprindă focul pe etanul care iese din tubul din sticlă curbat. Arde cu o flacără strălucitoare, ușor fumătoare.
Hidrocarburile nesaturate, spre deosebire de cele saturate, intră ușor în reacții chimice. Astfel, în experiența noastră etena oxidat de oxigenul din permanganat de potasiu, permanganat de potasiu și recuperat astfel. De asemenea, de regulă, se comportă în raport cu reactivul Bayer și cu alte hidrocarburi nesaturate. Reactivitatea acestor substanțe se explică prin faptul că legăturile lor duble sau triple sunt scindate pentru a forma legături simple. În același timp, datorită valențelor libere, sunt atașați atomi sau grupuri de atomi, de exemplu, oxigen sau brom.
Utilizarea ethenei și a etanului (acetilenă) în industrie se datorează faptului că, spre deosebire de alcani, au o reactivitate ridicată. Este datorită ei, pe baza ethenei și etanului, că pot fi construiți mulți compuși organici diferiți.
Majoritatea compușilor organici constau predominant în carbon și hidrogen.
Hidrocarburile deja cunoscute conțin numai aceste două elemente. În compușii organici rămași, dintre care mulți se vor cunoaște mai târziu, conțin unul sau mai multe elemente, cel mai adesea oxigen, halogeni (clor, brom, iod), azot și sulf.
Următoarele experimente simple sunt în multe cazuri potrivite pentru determinarea calitativă a azotului, a halogenurilor și a sulfului.
Pentru a afla dacă în substanță există azot, eșantionul este încălzit într-o eprubetă cu un exces de var sodic.
În caz contrar, puteți să-l înlocuiți cu un amestec de hidroxid de sodiu (hidroxid de sodiu) cu vapori în exces. Să vedem doar că nu lipesc particule de var la partea superioară a tubului.
Introducem tubul de testare cu o bucată de vată de bumbac, iar pe acesta punem o bandă umedă de hârtie roșie. Tubul este încălzit pe un arzător Bunsen (flacără mică) - la început slab, apoi mai puternic.
Colorarea albastră a hârtiei indicator indică prezența azotului. Definiția se bazează pe faptul că azotul legat în substanțele organice, atunci când este încălzit cu sodă de sodiu (sau chiar o metodă cu acid sulfuric concentrat), este în multe cazuri transformat în amoniac.
În multe cazuri, halogeni în compuși organici pot fi detectați utilizând un test Beylstein. Nu luăm fir de cupru prea subțire fără izolație, îl vom curăța și vom îndoi un capăt cu o buclă. În buclă, vom întări o bucată de ceramică poroasă ("kipelka").
Vom trage acest capăt al firului în zona non-luminoasă a flacării arzătorului, până când culoarea verde a flăcării va dispărea.
Apoi scufundăm ochiul în lichidul de testare sau punem o mostră solidă pe el. Dacă reintroducem sârmă într-o zonă de flacără neinflamabilă, prezența halogenului este detectată de colorarea verde (iod) sau albastru-verde (clor, brom).
Este adevărat că acest test este foarte sensibil. Prin urmare, halogenul este adesea detectat chiar și atunci când substanța de testat este contaminată cu o cantitate mică de impurități care conțin halogen. Unii compuși (acizi formici și benzoici, diverse substanțe anorganice) interferează cu determinarea, deoarece ele însele colorează flacăra în verde.
Pentru a detecta sulful, o probă cu sodiu metalic este de obicei calcinată. În acest caz, sulful este transformat în sulfură, care este detectată cu nitroprusid de sodiu. Vom alege o altă metodă de a face fără sodiu inaccesibil și periculos.
La vârful spatulei, luați o mostră de substanță de testat și puneți-o într-o ceașcă mică de porțelan. Adăugați un acid azotic puțin concentrat sau mai bun și încălziți cupa foarte mult. Faceți acest lucru într-o hota de fum sau în aer liber. În același timp, acidul se volatilizează. La reziduu, adăugați din nou acid azotic și evaporați din nou. Se dizolvă reziduul în apă și, dacă este necesar, se filtrează soluția. Dacă proba conține sulf, atunci când soluția rezultată este amestecată cu soluția de clorură de bariu, se precipită un precipitat de sulfat de bariu insolubil.
Sala de lectură a cabinetului de curiozități: ce este acolo?