FHMA_Variant5

Контрольная работа №1.

Тема 1.

5. Что такое температура кипения вещества?

Ответ:

Температура кипения представляет собой температуру, при которой жидкость превращается в пар, причем процесс парообразование происходит во всем объеме жидкости, а не только с поверхности.

Жидкость начинает кипеть тогда, когда давление насыщенного пара вещества над жидкостью становится равным внешнему давлению. Поэтому температура кипения сильно зависит от внешнего давления. Исходя из этого, повышение давления приводит к увеличению температуры кипения, а понижение давления – к уменьшению температуры кипения.

16. Перечислите основные методы анализа веществ?

Ответ:

Все методы анализа веществ подразделяются на химические и физико-химические методы анализа.

Кхимическим методам анализа относятся гравиметрический и титриметрический методы анализа.

Физико-химические методы анализа подразделяются на спектральные, хроматографические и электрохимические методы.

Среде спектральных методов различают атомную спектроскопию, молекулярную спектроскопию, масс-спектрометрию, спектроскопию ЯМР и ЭПР и другие.

Кэлектрохимическим методам относят потенциометрические, кулонометрические, вольтамперометрические и другие методы.

Сред хроматографических методов различают газо-адсорбционную, газожидкостную, жидкостную, ионную и другие виды хроматографии.

Тема 2.

5. Чем отличаются от денсиметров лактометры, спиртометры, сахарометры?

Ответ:

Денсиметр представляет собой ареометр постоянной массы, шкала которого градуирована в единицах плотности. Лактометры, спиртометры и сахарометры также являются ареометрами постоянной массы, однако их шкалы градуированы сразу в единицах концентрации соответствующих растворов (жирности молока, содержания спирта в воде и сахара в сиропах, соответственно). Использование таких специальных приборов позволяет упростить соответствующие анализы, так как использование для этих целей денсиметров привело бы к необходимости определять соответствующие концентрации по справочным таблицам, описывающие зависимости плотности от концентрации.

№16.

Определить вес 0,3; 0,5; 0,7 литра 10, 20, 25% азотной кислоты при 200С.

Решение:

Найдем по справочнику плотность раствора азотной кислоты с указанными массовыми долями:

По правилу аддитивности, исходя из данных структур и значений атомных рефракций и инкрементов рефракций связей, приведенных в справочнике для молярной рефракции можно вычислить молекулярную рефракцию молекулы.

Для этанола

Экспериментальное значение удовлетворительно совпадает со значением, рассчитанным по правилу аддитивности для диметилового эфира => исследуемым веществом является диметиловый эфир.

23. Как в рефрактометрах осуществляется юстировка?

Ответ:

Юстировка рефрактометров осуществляется с использованием эталонных образцов, имеющих точное значение коэффициента преломления. Чаще всего для этого используют дистиллированную воду. Кроме эталонных образцов применяют специальные контрольные пластины.

Контроль юстировки рефрактометра лучше производить при температуре 20 0С. При использовании контрольных пластин для юстировки окружающая температура не должна выходить за пределы (20 2) 0С, а при юстировке по дистиллированной воде требуется обязательное термостатирование с точностью 0,2 0С.

Если получаемые данные отличаются от табличных при данной температуре, то необходимо провести юстировку, совместив значение шкалы, соответствующее награвированному на контрольной пластине значению показателя преломления, с отсчетным индексом. Граничная линия светотени при этом должна проходить точно через центр перекрестия.

Юстировку рекомендуется проводить перед началом работы. Юстировка обязательна после смены рефрактометрических блоков.

Контрольная работа №2

Тема 4.

1. В чем заключается принцип разделения веществ методом тонкослойной хроматографии?

Ответ:

В тонкослойной хроматографии смесь веществ разделяется на компоненты за счет различной скорости переноса компонентов смеси вдоль тонкого слоя адсорбента, нанесенным на подложку (неподвижной фазы).

Растворитель за счет капиллярных сил поднимается вверх по пластине. При этом вещества также начинают подниматься вверх за счет процессов адсорбции и десорбции. Так как скорость адсорбции и десорбции для разных веществ различна и зависит как от природы адсорбента, так и от применяемого растворителя, то существует возможность подобрать такой растворитель, при котором компоненты смеси будут подниматься с различной скоростью. В результате компоненты смеси разделяются по высоте подъема и качественной характеристикой индивидуального вещества является отношение высоты подъема вещества к высоте подъема растворителя.

Rf является величиной, характеризующей положение зоны определенного компонента на хроматограмме и определяется как отношение пути, пройденного центром зоны i-го компонента от линии старта, к пути, пройденному элюентом.

Значения Rf могут находится в диапазоне от 0 до 1.

В стандартных условиях Rf является постоянной для каждого вещества и может использоваться для его идентификации.

l - толщина кюветы (толщина поглощающего слоя раствора)

Физический смысл коэффициента экстинкции становится ясным, если принять толщину слоя равной 1см, а концентрацию раствора 1моль/л. В этих условиях оптическая плотность будет численно равна коэффициенту экстинкции => коэффициент экстинкции равен оптической плотности одномолярного раствора вещества при толщине слоя 1см.

Коэффициент молярного светопоглощения является величиной постоянной для данного вещества при определенной длине волны света. Коэффициент экстинкции зависит кроме того от показателя преломления среды. При небольших концентрациях раствора показатель преломления не меняется и коэффициент экстинкции остается постоянным.

16. Возможна ли качественная идентификация исследуемого соединения в видимой области спектра?

Ответ:

Идентификация исследуемого соединения в видимой области спектра в большинстве случаев невозможна. Особенностью молекулярных электронных спектров поглощения в видимой области является широкополосная структура, обусловленная наложением множества очень близко расположенных линий электронно-колебательно-вращательных переходов. Типичная ширина полос спектров поглощения в видимой области составляет десятки нанометров. Поэтому такие спектры со слабо выраженной структурой малоинформативны с точки зрения качественной идентификации вещества.

Контрольная работа №3.

Тема 7.

5. Что такое скелетные колебания в молекуле?

Ответ:

Скелетные колебания представляют собой колебания, которое затрагивает все атомы молекулы в одинаковой степени.

Частоты скелетных колебаний органических молекул приходятся на область 1400- 700см-1. Часто трудно приписать отдельные частоты в этой области какому-то конкретному возможному колебанию молекулы. Но совокупность полос в данной области достаточно точно указывает на принадлежность к определенной молекулярной структуре.

16. Опишите устройство и особенности использования жидкостных кювет.

Ответ:

Для получения ИК-спектров жидких веществ и растворов используются специальные жидкостные кюветы.

Жидкостные кюветы состоят из двух крышек из оптического материала (чаще всего KBr или NaCl), которые закрепляют в кюветодержатель и помещаются на пути луча спектрометра. Расстояние между крышками определяется толщиной прокладки, помещенной между ними. Толщина поглощающего слоя вещества может быть постоянной или непостоянной. В кювете имеются два отверстия, закрытые пробками, которые используются для ввода пробы между крышек кюветы.

При использовании жидкостных кювет необходимо учитывать особенности оптического материала (KBr и NaCl растворимы в воде, поэтому исследуемое вещество или раствор не должны содержать воды). При исследовании раствора необходимо подбирать растворитель, которой будет химически инертен к исследуемому веществу, не будет взаимодействовать с оптическим материалом и не будет поглощать в исследуемой области спектра.

Тема 8.

5. Опишите общее устройство квадрупольного масс-детектора?

Ответ:

Масс-детектор предназначен для пространственного разделения ионов с различными значениями отношения масса иона к его заряду (m/z).

Квадруполный масс-детектор:

Квадрупольный масс-детектор представляет собой четыре параллельно и симметрично расположенных электрода круглого сечения размерами 0,6х15см. К

Под действием ускоряющего напряжения (10-20В) ионы влетают в пространство между электродами параллельно осям стержней. Под действием осциллирующего поля, которое создают электроды, ионы начинают колебаться в перпендикулярных направлениях. Фиксированную амплитуду колебаний приобретают только ионы с определенным значением m/z, которое зависит от соотношения U/V. Эти ионы и достигают детектора. Изменение значения U/V позволяет достигать детектора ионов с другими значениями m/z.

Квадрупольный масс-детектор обладает намного меньшими размерами по сравнению с магнитным масс-детектором. Это упрощает систему создания вакуума, уменьшает размеры масс-спектрометра и делает его более доступным.

16. Каким образом осуществляется автоматическая идентификация соединения по его масс-спектру?

Ответ:

Для автоматической идентификации вещества по масс-спектры производят сравнение полученного спектра со спектрами из библиотеки масс-спектров. Сравнение осуществляется с помощью ЭВМ.

В процессе идентификации ЭВМ сравнивает высоты пиков для зарегистрированных ионов. Несовпадение по высоте или по наличию ионов выводится в линию несовпадения.

Если степень совпадения спектра превышает 0,9, то считается, что исследуемое вещество идентифицировано.

Тема 9.

5. Какое вещество принято за нулевой образец в ЯМР, и по какой причине?

Ответ:

В качестве нулевого образца в ЯМР 1H применяется тетраметилсилан (ТМС):

В состав данного вещества входят 12 эквивалентных атомов водорода и 4 эквивалентных атома углерода. Исходя из этого, ТМС дает сигнал в виде одиночного пика. За счет большого количества эквивалентных атомов водорода интенсивность сигнала будет высокой даже при небольшой концентрации ТМС в пробе. Ядра атомов водорода в ТМС сильно экранированы, поэтому пик ТМС проявляется в самом сильном поле, а сигналы всех других веществ в спектре будут проявляться слева от него. Кроме

этого, ТМС обладает низкой температурой кипения (26,50С), что дает возможность добавлять его к пробе для анализа, а после анализа легко удалять из пробы при небольшом нагревании.

№16.

Проанализируйте ЯМР 13С спектры н-гексана и 2-метилпентана.

Решение:

ЯМР 13С для н-гексана

В спектре ЯМР 13С н-гексана наблюдается три пика, что соответствует наличию в молекуле трех различных видов атомов углерода. Химический сдвиг для первого и шестого атома углерода составляет 14ppm, для второго и пятого атомов углерода – 23ppm, для третьего и четвертого – 32ppm.

ЯМР 13С для 2-метилпентана

В спектре ЯМР 13С 2-метилпентана наблюдается пять пиков, что соответствует наличию в молекуле четырехпяти различных видов атомов углерода. Химический сдвиг для первого атома углерода и углерода метильной группы боковой цепи составляет 23ppm, для второго атома углерода – 28ppm, для третьего атома углерода – 42ppm, для четвертого атома углерода – 21ppm, для пятого атома углерода – 14ppm.