background image

 

ĆWICZENIE 4 
 
 
 
 
 

ELEMENTARNA ANALIZA JAKOŚCIOWA  

ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH 

 

 

Celem  ćwiczenia  jest  identyfikacja  związku  organicznego  –  ustalenie  nazwy  i 

wzoru (sumarycznego i strukturalnego). 

1.  Próby wstępne – demonstracja  

-  próba spalania, 

-  wykrywanie węgla i wodoru, 

-  próba Beilsteina, 

-  stapianie z metalicznym sodem – przesącz sodowy. 

2.  Obserwacja substancji pod mikroskopem

3.  Wykrywanie azotu, siarki, fluorowców w przesączu. 

4.  Obliczenie wzoru uproszczonego na podstawie składu procentowego pierwiastków. 

5.  Badanie rozpuszczalności związku – zakwalifikowanie związku do określonej grupy 

rozpuszczalności. 

6.  Wyznaczenie temperatury topnienia związku – demonstracja. 

7.  Ustalenie  wzoru  rzeczywistego  związku  i  jego  nazwy  na  podstawie  zebranych 

informacji – „Poradnik fizykochemiczny”. 

 

background image

 

Analiza jakościowa związków organicznych

 

 

Analiza  jakościowa  związków  organicznych  sprowadza  się  do  wykrycia  rodzaju 

atomów  pierwiastków  tworzących  cząsteczkę.  W  związku  z  tym,  że  większość  związków 

organicznych  zawiera  oprócz  atomów  węgla  i  wodoru  jedynie  atomy  kilku  innych 

pierwiastków, takich jak: azot, siarka, tlen, fluorowce (chlor, brom jod), fosfor, względnie  - 

znacznie  rzadziej,  selen,  krzem  i  niektóre  metale,  analiza  jakościowa  nie  przedstawia 

większych trudności. 

 

Przed  przystąpieniem  do  analizy  należy  wykonać  tzw.  próby  wstępne,  do  których 

należy:  

-  określenie  stanu  skupienia  substancji,  ewentualnie  obserwacja  kryształów  pod 

mikroskopem, 

-  ustalenie, czy jest to związek organiczny, wykonując próbę spalania i wykrywanie węgla i 

wodoru, 

-  stwierdzenie, czy substancja zawiera fluorowce, na podstawie próby  Beilsteina, 

-  zakwalifikowanie  związku  w  stanie  stałym  do  określonej  grupy  rozpuszczalności, 

wykonując próby rozpuszczalności, 

-  przygotowanie  substancji  do  wykrywania  pozostałych  pierwiastków  (azotu,  siarki  i 

fluorowców) – stapianie z metalicznym sodem. 

 

Próba spalania 

 

Analizę jakościową związku organicznego rozpoczyna się zwykle od próby spalania. 

Jeżeli  badana  substancja  pali  się  płomieniem  (często  kopcącym),  lub  po  odpowiednim 

prażeniu  daje  czarną  pozostałość,  która  stopniowo  zanika,  substancja  ta  zawiera  węgiel. 

Wykonanie:  ok.  0,1g  badanej  substancji  umieszcza  się  na  łyżce  porcelanowej  lub  w 

porcelanowym  tygielku  i  ogrzewa  się  początkowo  bardzo  ostrożnie  w  płomieniu  palnika, 

następnie silniej, wreszcie praży się. Należy obserwować zachodzące zjawisko. 

 

Wykrywanie węgla i wodoru 

Węgiel  i  wodór  można  łatwo  wykryć  przez  ogrzewanie  związku  z  tlenkiem 

miedziowym, dzięki czemu utlenia się do dwutlenku węgla, a wodór do wody: 

O

H

CO

Cu

CuO

H

C

2

2

,

 

 

 

background image

 

Wykonanieok. 0,1g substancji uprzednio osuszonej miesza się z 1-2g wyprażonego tlenku 

miedziowego.  Probówkę  zatyka  się  korkiem  z  rurką  zgiętą  pod  takim  kątem,  aby 

wywiązujące  się  gazy  mogły  być  odprowadzane  pod  warstwę  klarownego  roztworu 

wodorotlenku  wapniowego  (wody  wapiennej)  znajdującego  się  w  drugiej  probówce.  Po 

odpowiednim  zestawieniu  aparatury  ogrzewa  się  zawartość  probówki  z  substancją 

początkowo bardzo ostrożnie, potem stopniowo, aż do ciemnej czerwieni. Powstający w tych 

warunkach CO

2

 powoduje zmętnienie wody wapiennej, względnie powstanie białego osadu: 

                           

O

H

CaCO

OH

Ca

CO

2

3

2

2

 

Jeżeli w chłodniejszej części tej probówki pojawią się na ścianach kropelki wody, świadczą 

one o obecności wodoru w badanej substancji.  

Wyniki  doświadczenia  nie  są  miarodajne  jeśli  badana  substancja  była  wilgotna  lub 

zawierała wodę krystalizacyjną. 

 

Wykrywanie fluorowców - próba Beilsteina 

     Wykonanie: na drucie lub siatce miedzianej, wyprażonej w płomieniu palnika aż do zaniku 

zielonego zabarwienia i ochłodzonej, umieszcza się szczyptę badanej substancji lub jej kroplę 

i  wprowadza się do nieświecącego płomienia palnika. W tych warunkach następuje rozkład 

związku organicznego z wytworzeniem lotnych połączeń halogenomiedziowych, barwiących 

nieświecący płomień na kolor intensywnie zielony. 

 

Stapianie z metalicznym sodem 

Pozostałe pierwiastki  znajdujące  się  w  analizowanym  związku  organicznym  (azot, 

siarkę, fluorowce) wykrywa się dopiero po przekształceniu ich w połączenia jonowe, dobrze 

rozpuszczalne  w  wodzie.  W  tym  celu  wykonuje  się  stapianie  z  metalicznym  sodem,  które 

powoduje  rozkład  związku,  a  pierwiastki,  z  których  jest  zbudowany,  przekształcają  się  w 

aniony. Azot, siarka i fluorowce, znajdują się w roztworze w postaci anionów: cyjankowego 

CN

-

, siarczkowego S

2-

, chlorkowego Cl

-

, bromkowego Br

-

, jodkowego J

-

:  

N S Cl Br J

NaCN Na S NaCl NaBr NaJ

Na

, , ,

,

,

,

,

,

2

 

Poszczególne  aniony  wykrywa  się,  metodami,  stosowanymi  w  analizie  jakościowej 

nieorganicznej.  

Wykonanie: w małej, suchej fiolce np. o wymiarach ok. 60x5mm umieszcza się na przemian 

drobne  kawałeczki  metalicznego  sodu  z  rozdrobnioną  substancją.  Tak  przygotowaną  fiolkę, 

umieszczoną pionowo w łapie metalowej,  ogrzewa się słabym  płomieniem  aż sód stopi się. 

background image

 

Następnie fiolkę rozgrzewa się do temperatury tzw. czerwonego żaru i gorącą fiolkę wrzuca 

się do parowniczki zawierającej około 10 cm

3

 wody destylowanej. Jeżeli probówka nie pęknie 

można  rozbić  ją  za  pomocą  szklanej  bagietki,  probówkę  rozdrabnia  się  i  miesza  zawartość 

parownicy.  Parowniczkę  z  roztworem  ogrzewa  się  do  wrzenia  i  sączy.  Przesącz,  który 

powinien  być  bezbarwny  względnie  jasnożółty  i  alkaliczny,  służy  do  wykrywania  azotu, 

siarki i fluorowców. 

 

Wykrywanie azotu 

 

Metoda  Lassaigne

a:  ok.  2  cm

3

  przesączu  po  stopieniu  ze  sodem  przenosi  się  do 

probówki, dodaje około 0,1 - 0,2 g sproszkowanego FeSO

4

, mieszaninę ogrzewa się łagodnie 

aż  do  zagotowania,  wstrząsając  probówką.  Następnie  dodaje  się  rozcieńczonego  kwasu 

siarkowego (VI) H

2

SO

4

 aż do uzyskania odczynu kwaśnego.  

4

2

6

4

4

6

SO

Na

CN

Fe

Na

FeSO

NaCN

 

Pod wpływem tlenu z powietrza część jonów żelaza (II) utlenia się do żelaza (III), które po 

dodaniu kwasu siarkowego (VI) występują w postaci  siarczanu (VI) żelaza (III) Fe

2

(SO

4

)

3

: 

Fe

2+  

2

O

 Fe

3+

 

2Fe

3+

 + 3H

2

SO

4

 Fe

2

(SO

4

)

3

+6H

+ 

Wytrącenie  się  niebieskiego  osadu  błękitu  pruskiego  Fe

4

[Fe(CN)

6

]

(lub  pojawienie  się 

niebieskiego zabarwienia roztworu), świadczą o obecności azotu: 

2Fe

2

(SO

4

)

3

 + 3Na

Fe(CN)

6

   Fe

4

[Fe(CN)

6

 ]

3

↓+ 6Na

2

SO

4

. 

 

Wykrywanie siarki 

Jeżeli  badana  substancja  zawiera  siarkę,  po  dodaniu  FeSO

4

,  przy  wykrywaniu  azotu 

metodą Lassaigne’a, wytrąca się czarny osad siarczku żelaza (II) FeS, który roztwarza się po 

dodaniu rozcieńczonego H

2

SO

4

z wydzieleniem siarkowodoru H

2

S

Na

2

S + FeSO

4

   FeS↓ + Na

2

SO

     

FeS↓ + H

2

SO

4

   FeSO

+ H

2

S↑ 

Reakcja z nitroprusydkiem sodu: do 1cm

3

 roztworu po stopieniu ze sodem (przesączu) 

dodaje  się  kilka  kropli  świeżo  przygotowanego,  rozcieńczonego  roztworu  nitroprusydku 

sodowego.  Pojawienie  się  zabarwienia  czerwonofioletowego,  zanikającego  po  chwili, 

świadczy o obecności siarki: 

Na

2

S + Na

Fe(CN)

5

NO   Na

Fe(CN)

5

NOS. 

 

background image

 

Wykrywanie fluorowców 

 

Reakcja  z  azotanem  (V)  srebra:  około  1cm

3

  przesączu  zakwasić  w  probówce 

rozcieńczonym  kwasem  azotowym  (V)  HNO

3

  i  dodać  kroplami  roztwór  azotanu  (V)  srebra 

AgNO

3

.  Strącanie  się  osadu  świadczy  o  obecności  fluorowca.  Jeżeli  substancja  zawierała 

chlor, tworzy się biały, serowaty osad AgCl, rozpuszczalny w amoniaku (można użyć stęż.) i 

wytrącający się z powrotem po zakwaszeniu HNO

3

   

3

3

3

NaNO

AgCl

AgNO

NaCl

HNO

 

3

4

3

2

3

2

2

3

2

3

2

2

2

2

NO

NH

AgCl

HNO

Cl

NH

Ag

O

H

Cl

NH

Ag

O

H

NH

AgCl

 

 

W przypadku obecności bromu i jodu w analizowanej substancji, po dodaniu roztworu 

AgNO

do przesączu zakwaszonego HNO

3

, powstają żółte osady bromku srebra AgBr i jodku 

srebra:  

3

3

NaNO

AgBr

AgNO

NaBr

 

3

3

NaNO

AgJ

AgNO

NaJ

 

 

Ustalenie wzoru uproszczonego związku. 

 

Po  określeniu  składu  jakościowego  badanego  związku,  ustala  się  jego  wzór 

uproszczony , zwany również empirycznym, na podstawie wyników analizy ilościowej . 

Przykład  obliczeń:  na  podstawie  analizy  jakościowej  i  ilościowej  ustalono,  że  badana 

substancja zawiera ona węgiel, wodór, azot i tlen. Ich procentowa zawartość jest następująca: 

C - 20,00%,   H -   6,71%,  N - 46,65%,  O - 26,64% (  = 100,00%). 

 

Na  podstawie  składu  procentowego  poszczególny  pierwiastków  należy  obliczyć, 

liczbę atomów węgla, wodoru, azotu i tlenu we wzorze empirycznym: C

x

H

y

N

z

O

f

 

Stosunek  ilościowy  poszczególnych  pierwiastków  jest  wprost  proporcjonalny  do  ich 

mas atomowych pomnożony przez ich ilości: 

 

 

20,00 : 6,71 : 46,65 : 26,64 = 12,011x : 1,00794y : 14,00674z : 15,9994f 

 

 

x:y:z:f = 

9994

,

15

64

,

26

:

00674

,

14

65

,

46

:

00794

,

1

71

,

6

:

011

,

12

00

,

20

  

x:y:z:f = 1,6651 : 6,6571 : 3,3305 : 1,6651  

/

:1,6651 

x:y:z:f =  1 : 4 : 2 : 1 

 

Wzór C

1

H

4

N

2

O

1

  jest wzórem empiryczny badanej substancji. 

background image

 

Rozpuszczalność połączeń organicznych 

 

Celem  ćwiczenia  jest  identyfikacja  badanej  substancji  przez  rozpuszczanie  jej  w 

określonych  rozpuszczalnikach.  Rozpuszczalność  substancji  jest  ściśle  związana  z  budową 

substancji. O rozpuszczalności substancji w pewnym stopniu decyduje podobieństwo budowy 

substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Związki o charakterze polarnym rozpuszczają się 

łatwiej  w  rozpuszczalnikach  polarnych,  natomiast  związki  o  charakterze  niepolarnym 

trudniej. 

 

Szkło i aparatura:  probówki,  zakraplacze. 

Odczynniki:   woda destylowana, 5% NaOH, 5% HCl, 5% NaHCO

3

,  

stęż. H

2

SO

4

,

 

85% H

3

PO

4

, benzen. 

Wykonanie: do probówki pobrać badaną substancję w ilości 0,1 g (lub 0,2 cm

3

) i rozpuścić 

łącznie  w  3  cm

3

  danego  rozpuszczalnika,  dodając  każdorazowo  po  1  cm

3

  rozpuszczalnika  i 

wytrząsając po każdej dodanej porcji. 

Substancję  uważa  się  za  rozpuszczoną,  jeżeli  podane  ilości  rozpuszczą  się  w  3  cm

3

 

rozpuszczalnika. Jeżeli substancja nie rozpuszcza się natychmiast, należy wstrząsać probówkę 

przez 1-2 minuty. Wszystkie próby wykonuje się  w temperaturze pokojowej. 

Przy oznaczaniu rozpuszczalności danej substancji postępować według załączonego schematu  

i na tej podstawie zakwalifikować substancję do odpowiedniej grupy związków. 

 

Poniżej przedstawiono schemat postępowania przy badaniu rozpuszczalności związku.  

W  schemacie  znak  „+”  oznacza  rozpuszczalność,  a    „-”  nierozpuszczalność,  E

1

  -  dobrze 

rozpuszczalne,  E

2

   -  związki  polarne,  kw

1

  - mocne  kwasy,  kw

2

  -  słabe  kwasy,  Z  -  związki 

zasadowe,  R  -  związki  obojętne,  N  -  związki  nie  reagujące,  O

1

  -  związki  o  słabszej 

zasadowości i mniejszej apolarności, O

2

 - związki apolarne (przewaga wpływów apolarnych). 

Wyniki badań zestawia się w tabeli grup rozpuszczalności.

 

background image

 

Schemat rozpuszczalności związków organicznych: 

 

 

                                              

 

  Woda 

 

 

 

+__ 

       

     _ _                           -  

                                     

↓ 

 

 

 

 

↓ 

       Benzen (eter)                           

 

          NaOH 

     +            -                        

 

+     

     

 - 

    

             

 

            ↓ 

 

  ↓ 

  E

1

                E

2

 

 

       NaHCO

3

    

HCl 

                              

 

 

 

      +          -                +       -                        -                                  

                         

 

 

 

     kw

1

        kw

2

  

Z     R   

H

2

SO

              

 

 

 

 

 

 

 

 

        +              - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       ↓                

 

                                                                                  

 

     

 

    H

3

PO

4

  

 N   

                                                                                  

 

 

 

 +         - 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           

                                                                               

 

 

 

O

1

   

O

2

 

 

 

 

 

Grupy rozpuszczalności związków organicznych 

Grupy 

Woda 

Eter 

NaOH 

NaHCO

3

 

HCl 

H

2

SO

4

 

H

3

PO

4

 

E

1

 

 

 

 

 

 

E

2

 

 

 

 

 

 

kw

1

 

 

 

 

 

kw

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

1

 

 

 

O

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

Podział substancji organicznych należących do poszczególnych grupy rozpuszczalności: 

 

E

1

  - związki rozpuszczalne w benzenie (lub eterze) i wodzie: niższe homologi alkoholi, aldehydów,  

        ketonów, kwasów, estrów, fenoli, bezwodników, amin, nitryli, polifenoli; 

E

2

  - związki rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w eterze : kwasy wielokarboksylowe i  

        hydroksykwasy, glikole, alkohole poliwodorotlenowe, określone amidy, aminokwasy, związki  

        poliaminowe,kwasy sulfonowe i sulfinowe, sole; 

kw

1

  i  kw

2

    -    związki  rozpuszczalne  w  5%  NaOH:  kwasy,  fenole,  imidy,  I  i  II  rzędowe  związki 

nitrowe, merkaptany, tiofenole, kwasy sulfonowe, sulfinowe, alkilosiarkowe, sulfonamidy, niektóre  

        dwuketony; 

Z  - związki rozpuszczalne w 5% HCl: aminy I i II rzędowe, aminy alifatyczne, aryloalkiloaminy, III  

        rzędowe aminy alifatyczne i niektóre III rzędowe aryloalkiloaminy, hydrazyny; 

O

1

, O

2

  - związki nie zawierające azotu lub siarki, rozpuszczalne tylko w stężonym H

2

SO

4

:  

        węglowodory nienasycone, niektóre polialkilowe węglowodory aromatyczne, alkohole, aldehydy,  

        ketony, estry bezwodniki, etery, acetale, laktany, chlorki kwasowe; 

N  -  związki nie zawierające  azotu lub siarki, nie rozpuszczalne w stężonym H

2

SO

4

: węglowodory  

        nasycone alifatyczne, alicykliczne, aromatyczne, pochodne chlorowcowe węglowodorów 1, 2 i 3,  

        etery diarylowe; 

 -  związki zawierające azot lub siarkę, nie podane w grupach poprzednich: związki nitrowe III  

        rzędowe, amidy i pochodne aldehydów i ketonów, nitryle, aminy z podstawnikami ujemnymi,  

        związki nitrozowe, azo-, hydrazo-, sulfony, sulfonamidy, pochodne amin II rzędowych, siarczki,  

        siarczany.