Органическая химия (90

тем нагревания нельзя), удаляют остатки эфира просасыванием воздуха и наполняют пикнометр исследуемой жидкостью. Пикнометр с жидкостью снова выдерживают 20–30 мин в водяной бане при 20°С, доводят уровень жидкости до метки и взвешивают. Из полученной величины вычитают вес пустого пикнометра и находят вес жидкости, содержащейся в пикнометре при 20°С.

Отношение найденного веса жидкости к весу воды, содержащейся в пикнометре при 20°С, дает удельный вес данного вещества при 20°С по отношению к воде при 20°С; этот удельный вес обозначается символом d2020. Обычно принято вычислять удельный вес вещества по отношению к весу воды при 4°С, так как плотность воды при 20°С равна 0,9982, то ранее найденный удельный вес нужно умножить на эту величину. Обозначая удельный вес жидкости при 20°С по отношению к воде при 4° символом d204, получим: d204 = d2020· 0,9982.

Определение молекулярного веса органических веществ

Весьма удобен метод определения молекулярного веса по депрессии температуры плавления камфоры. В связи с тем, что камфора обладает довольно высокой температурой плавления (172°С) и необычайно большой молярной депрессией (–40°С), этим методом можно с удовлетворительной точностью определять молекулярные веса очень многих веществ. Для проведения определения достаточно нескольких миллиграммов веществ; отсчет температуры производится с помощью обычного термометра с точностью до 0,5°С.

Вычисление молекулярных весов М производят по формуле:

М = 100рА/(P t),

где р – навеска исследуемого вещества; А – молярное понижение температуры плавления; P – вес камфоры; t – наблюдаемое по-

нижение температуры плавления.

Следует иметь в виду, что величина А для камфоры постоянна при добавлении более 0,2 моль исследуемого вещества на 1 кг камфоры. С уменьшением содержания добавки величина А постепенно возрастает до 50°С.

31

Определение показателя преломления жидкости

Показатель преломления (n) используется для идентификации жидких веществ и характеристики их чистоты. Показатель преломления вещества – величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде: n = с / . Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения. Отношение синуса угла падения (α) луча к синусу угла преломления (γ) при переходе луча из среды A в среду B называется относительным показателем преломления для этой пары сред:

n = sin /sin .

Для определения показателя преломления жидкостей применяют рефрактометр.

Показатель преломления зависит от температуры (при уменьшении температуры на 1оС показатель преломления увеличивается на 0,0005) и резко меняется с изменением длины волны света, поэтому измерения проводят при постоянной температуре и монохроматическом свете. Обычно определение проводят при 20оС и при длине волны желтой линии натрия D (589,3 нм). Символ nD20 означает, что показатель преломления был определен для линии D при 20оС. Для большинства жидких органических веществ nD20 находится в пределах от 1,3 до 1,8.

Измерения производят следующим образом. Открывают полушарие измерительной головки, протирают плоскость призм ватой, смоченной ацетоном. С помощью пипетки помещают на поверхность нижней (измерительной) призмы исследуемую жидкость, не касаясь призмы, чтобы ее не поцарапать, и закрывают измерительную головку. Осветительное зеркало устанавливают таким образом, чтобы свет от источника, поступая в осветительную призму через окно, равномерно освещал поле зрения. Вращают маховик и, наблюдая в окуляр зрительной трубы, находят границу раздела света и тени. Если эта граница размыта или окрашена, то винтом добиваются ее четкого изображения. С помощью маховика точно совмещают границу раздела света и тени с перекрестком сетки и снимают показания по шкале показателя

32

преломления (четвертый знак после запятой берут путем отсчета на глаз). Зеркало для освещения шкалы ориентируют соответствующим образом. Записывают температуру, при которой производили измерения, вводят поправку на разность температур и сравнивают со справочной величиной.

Определение молекулярной рефракции

Молекулярную рефракцию вычисляют по формуле: MRD = (n2-1)/(n2+2)•M/d,

где MRD –молекулярная рефракция; n – показатель преломления жидкости; M – молекулярная масса; d – удельный вес.

Тема «Строение органических соединений»

Качественный анализ органических соединений

5 H2O + CuSO4 СuSО4 5Н2О

H2NC(O)NH2 + 2 NaOH 2 NH3 + Na2CO3

NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH-

2 Cu + O2 2 CuO

4 CHCl3 + 8 CuO + O2 4 CuCl + 4 CuCl2 + 4 CO2 + 2 H2O

33

Открытие углерода и водорода в крахмале. При прокалива-

нии органического вещества с мелким порошком оксида меди (II) углерод образует с кислородом оксида меди углекислый газ, а водород – воду. Углекислый газ открывается при пропускании его через раствор известковой или баритовой воды. Вода открывается по посинению прокаленного медного купороса с образовани-

ем СuSО4 5Н2О.

В сухую пробирку берут примерно 0,1–0,2 г крахмала и смешивают с 1–2 г сухой порошкообразной окиси меди. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой, изогнутой под прямым углом, конец которой опускают во вторую пробирку с прокаленным сульфатом меди. Первую пробирку осторожно нагревают на пламени спиртовки. Посинение сульфата меди укажет на присутствие в испытуемом веществе водорода. В третью пробирку наливают известковую воду, в которую опускают конец газоотводной трубки. Помутнение известковой воды укажет на присутствие углерода.

Открытие азота в мочевине. В сухой пробирке смешивают равные количества мочевины и натронной извести и осторожно нагревают. Выделяется аммиак, который узнается по запаху или по посинению влажной индикаторной бумажки, поднесенной к отверстию пробирки.

Открытие галоидов в органических соединениях. Галоиды можно открыть с помощью реакции окрашивания пламени. Медную проволоку прокаливают на пламени до исчезновения окрашивания. Медь покрывается черным налетом окиси. После охлаждения проволоку смачивают хлороформом и снова вносят в пламя. Пламя окрашивается в красивый сине-зеленый цвет вследствие образования летучих галоидных солей меди. Следует сделать контрольный опыт, опуская проволоку в заведомо не содержащую галоген жидкость (дистиллированную воду или этанол).

Определение структуры соединения по данным физико-химических методов анализа

Спектральные данные для наиболее важных структурных элементов органических веществ:

34

35

Тема «Предельные углеводороды»

Качественный состав высших углеводородов

В пробирке с отводной трубкой нагревают смесь мелко измельченного парафина (парафиновой свечи) или вазелинового масла с порошком оксида меди. Выделяющийся при реакции газ пропускают в известковую воду. Наблюдают помутнение известковой воды, образование капелек влаги на стенках пробирки и появление небольшого налета красной меди. Образование углекислого газа и воды при реакции свидетельствует о наличии углерода и водорода в парафине. Кислород для окисления этих элементов доставляется оксидом меди, в результате чего выделяется чистая медь.

36

Тема «Непредельные углеводороды»

Взаимодействие каучука с бромом

Вследствие наличия двойных связей каучук легко присоединяет галогены. Этим объясняется, например, затвердение каучуковых пробок и трубок при работе с галогенами.

Готовят раствор сырого (невулканизированного) каучука в бензоле. Это может быть достигнуто кипячением тонко нарезанных кусочков каучука с растворителем в колбе с обратным холодильником или настаиванием (без нагревания) в течение нескольких суток.

В большую пробирку с раствором каучука приливают раствор брома в бензоле или хлороформе (чтобы в пробирке могла образоваться гомогенная смесь). При встряхивании содержимого пробирки окраска брома исчезает.

Тема «Ароматические углеводороды»

Растворимость и замерзание бензола

Втри пробирки наливают по 1–2 мл воды, спирта и эфира. К жидкостям добавляют по равному числу капель бензола. Пробирки встряхивают и ставят рядом в штатив. Убеждаются, в каких жидкостях бензол растворяется.

Водну пробирку наливают 1 мл бензола, в другую – столько же воды. В пробирки помещают по маленькому кусочку жира или по несколько капель растительного масла. Пробирки взбалтывают. Наблюдают растворение жира в бензоле. На лист фильт-

37

ровальной бумаги наносят каплю чистого бензола и рядом – каплю раствора жира в бензоле. Бензол испаряется полностью, от капли раствора остается жирное пятно.

В чашку с холодной водой и плавающими льдинками (или снегом) опускают одновременно две пробирки. В одной пробирке содержится 5 мл безводного бензола, в другой – такое же количество воды. Количество льда в воде должно быть достаточным, чтобы он не растаял полностью, так как охлаждающая смесь должна иметь температуру около 0°С. Когда бензол закристаллизуется, достают пробирки из воды и сравнивают агрегатные состояния веществ.

Пользуясь свойством некоторых солей давать кристалллогидраты с водой и нерастворимостью их в спирте (например, поташа К2СО3), можно в значительной степени выделить спирт из раствора. К водному раствору, содержащему примерно поровну спирта и воды, прибавляют сухой карбонат калия до тех пор, пока он не перестанет растворяться и жидкость не расслоится. Внизу образуется слой водного раствора поташа, сверху – крепкий раствор спирта. Берут пипеткой немного спирта из верхнего слоя и поджигают в фарфоровой чашке. В отличие от исходного раствора спирт после высаливания легко загорается.

38

Наливают в пробирку 1/4 ее объема спирта и растворяют в нем 2–3 г какой-либо смолы. Для быстрого растворения пробирку можно подогреть в стаканчике с горячей водой. Получившийся лак можно подкрасить какой-нибудь краской. С помощью ватки слой лака наносят на гладкую поверхность дерева.

Качественная реакция на спирт

Схема взаимодействий:

.

В пробирку с исследуемой жидкостью бросают очень немного (1–2 кристаллика) истолченного йода или приливают 1–2 мл раствора его в иодиде калия. Смесь нагревают и приливают понемногу раствор едкого натра до обесцвечивания избытка йода. При охлаждении выпадают кристаллы йодоформа. При малой концентрации спирта ясно ощущается лишь запах йодоформа, а кристаллы образуются после более или менее длительного стояния.

Растворимость глицерина в воде

Реактивы: Аппаратура:

глицерин; пробирка. вода.

В пробирку (или небольшой цилиндр) наливают 5–7 мл глицерина и сверху по стенке прибавляют такой же объем подкрашенной (например, фуксином) воды. При встряхивании жидкость становится однородной и окрашивается равномерно.

39

Тема «Альдегиды и кетоны»

Деполимеризация параформа

Реактивы: Аппаратура:

параформ. пробирки; спиртовка.

Схема взаимодействий:

(СН2О)n n СН2О

Всухую пробирку помещают несколько крупинок параформа

инагревают. Вещество разлагается, образуя газообразный формальдегид, который частично улетает (запах!), а частично на холодных стенках пробирки снова образуется полимер. Опыт объясняет применение параформа для дезинфекции помещений.

Впробирке к 2 мл воды добавляют равный объем ацетона. После встряхивания не удается установить расслоения жидкостей. Ацетон растворяется в воде.

Ацетон – растворитель смол и пластмасс. На этом свойстве ацетона основано его применение для изготовления лаков и для склеивания изделий из пластмасс.

Внескольких миллилитрах ацетона в пробирке растворяют при помешивании стеклянной палочкой столько целлулоида, чтобы раствор стал слегка вязким. Смачивают полученным лаком вату и натирают ею гладкий кусочек дерева – после улетучивания растворителя предмет оказывается «лакированным».

Два кусочка очищенной кинопленки или органического стекла (плексигласа) смачивают с концов ацетоном. Через 1–2 мин накладывают концы пленки друг на друга и слегка сдавливают. После высыхания кусочки оказывают прочно склеенными ацетоном.

40