آزمایش های شیمیایی ، تهیه و شناسایی برخی ترکیب ها !
شناسایی فنل در آزمایشگاه Phenol
هدف آزمایش
بررسی خواص مربوط به عامل هیدروکسیل (OH) فنلها
تئوری آزمایش
فنل معمولی یا اسید فنیک (C6H5OH )، مادهای است که در آن ، به جای یک اتم هیدروژن از هیدروکربن سیر نشده بنزن ، یک عامل هیدروکسیل یا OH قرار دارد. فنل به صورت بلورهای جامد و بیرنگ با بوی تند و مخصوص است که در نتیجه اکسایش در هوا صورتی رنگ میگردد. نقطه ذوب آن پایین (42درجه سانتیگراد ) و در دمای معمولی در آب ، کم محلول و در اثر گرم شدن ، حلالیت آن افزایش یافته و در 70درجه سانتیگراد به هر نسبت با آب ، قابلیت مخلوط شدن دارد.
این جسم ، خاصیت ضدعفونی کننده دارد و از بهترین حلالهای آن ، میتوان اتانول و اتر را نام برد. فنل ، مادهای سمی وخطرناک است و نباید دست و صورت با آن تماس پیدا کند، زیرا تولید زخمهای خطرناک مینماید. از این جهت در آزمایشگاه باید از دستکش و عینک هنگام کار با این ماده استفاده کرد.
اکنون میخواهیم فنل را با یکی از واکنشهای آن شناسایی کنیم.
وسایل ومواد مورد نیاز
لوله آزمایش
آب مقطر
محلول کلرید آهن (%20)
شرح آزمایش
در داخل یک لوله آزمایش ، 0.5 گرم فنل را همراه 5ml آب مقطر ، ضمن تکان دادن لوله ، چند قطره از محلول کلرید آهنIIIکه 20% است، اضافه نمایید. رنگ سرخ خونی تولید شده ، دلیل بر وجود فنل است.
نتیجه آزمایش
این خاصیت فنل ، جزو خواص مربوط به عامل هیدروکسیل (OH) فنل است. یعنی واکنش بر روی عامل OH آن انجام میشود. این واکنش به صورت زیر است:
C6H5OH + FeCl3 → {Fe(C6H5O)}Cl2 + HCl
ماده تشکیل شده ، دارای رنگ سرخ است.
شناسایی اسید استیک acid acetic
هدف آزمایش
بررسی واکنش اسید استیک با برخی مواد از جمله بازها
تئوری آزمایش
اسیدهای کربوکسیلی ، ترکیباتی هستند که دارای عاملCOOH- میباشند. اسیدهای کربوکسیلی زنجیری ، از دیرباز شناخته شدهاند و لذا ، نام معمولی دارند. نام آنها ، از ماده یا منبعی که بدست آمدهاند، گرفته شده است. به عنوان مثال ، CH3COOH ، اسید استیک نامیده میشود که از سرکه گرفته میشود. نام آیوپاک این ماده ، اسید اتانوئیک است.
اسیدهای کربوکسیلی ، مولکولهای قطبی میباشند و میتوانند مثل الکلها و آمینها ، پیوند هیدروژنی ایجاد نمایند. گرچه اسیدهای کربوکسیلی ، در مقایسه با اسیدهای معدنی مثل اسید سولفوریک و اسید نیتریک ، بسیار ضعیف میباشند، ولی در هر صورت ، در مقایسه با الکلها ، آب ، آمونیاک و استیلنها از اسیدیته قویتری برخوردارند.
ساختمان اسیدهای کربوکسیلیک ، به گونهای است که این مواد ، میتوانند در واکنشهای شیمیایی مختلفی شرکت نمایند. در این آزمایش ، با تکیه بر این واکنشها ، میخواهیم اسید استیک را در حضور معرفهای مختلف شناسایی کنیم.
مواد و وسایل مورد نیاز
کپسول چینی
کاغذ تورنسل
اسید استیک غلیظ
آب مقطر
محلول رقیق سود (NaOH)
اتانول
شرح آزمایش
در داخل یک کپسول چینی ، 4ml از اسید استیک غلیظ و 4ml آب مقطر را با هم مخلوط نمایید. قطعه ای از کاغذ تورنسل (کاغذ سرخ) را روی محلول اضافه و سپس قطره قطره از محلول سود رقیق اضافه کنید تا رنگ کاغذ ، آبی گردد. کپسول چینی را با شعله کوتاه حرارت دهید تا آب اضافی ، تبخیر و نمک خشک بدست آید. روی نمک خشک ، چند قطره اتانول (C2H5OH) خالص همراه چند قطره از اسید سولفوریک غلیظ اضافه نمایید.
در صورت وجود اسید استیک ، بوی خوشی مانند میوه به مشام میرسد که مربوط به استر تولید شده به نام استات اتیل است.
نتیجه آزمایش
واکنشهایی که در این آزمایش انجام شدهاند، به قرار زیرند:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
CH3COONa + H2SO4 → NaHSO4 + CH3COOH
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O
هر کدام از واکنشهای صورت گرفته ، نشاندهنده یک نوع از واکنشهای شیمیایی است که اسید استیک با استفاده از گروه خود یعنی COOH- قابلیت انجام آن را دارد. واکنش استری شدن یعنی واکنش آخر ، کاربرد فراوانی در صنعت دارد، از جمله واکنش صابونی شدن.
تهیه گاز متان در آزمایشگاه Methane
هدف آزمایش
تهیه کوچکترین و مهمترین هیدروکربن زنجیری سیرشده یعنی متان CH4
تئوری آزمایش
متان ، گازی است بیرنگ ، بیبو و در آب نامحلول که نقطه ذوب آن -182درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 162-درجه سانتیگراد است. متان از گروه هیدروکربنهای سیر شده زنجیری یا آلکانها میباشد که فرمول عمومی آنها CnH2n+2 میباشد. گاز طبیعی که در منازل وجود دارد و مورد استفاده قرار میگیرد، مخلوطی از هیدروکربنهای زنجیری سیر شده است که %95 از آن ، گاز متان است و در اثر ترکیب با گاز اکسیژن ، تولید گاز دیاکسید کربن و بخار آب و حرارت میکند.
مخلوطی از یک حجم از گاز متان و ده حجم از هوا در اثر جرقه ، تولید انفجار بسیار شدید مینماید که انفجار معادن زغال سنگ از آن ناشی میشود.
میخواهیم گاز متان را به صورت آزمایشگاهی تهیه کنیم.
وسایل مورد نیاز
کپسول چینی
هاون
ترازو
مثلث نسوز
لوله آزمایش بزرگ و مقاوم
چاقو
پنس یا انبر فلزی
گیره و پایه فلزی
سدیم استات (CH3COONa , 3H2O)
آهک زنده (CaO)
سود جامد (NaOH جامد)
شرح آزمایش
10 گرم سدیم استات متبلور را در یک کپسول چینی و روی مثلث نسوز حرارت دهید تا ذوب شده و آب تبلور را از دست بدهد. چراغ گاز را خاموش و پس از سرد شدن کپسول محتویات ، داخل آن را با نوک چاقو تراشیده و در یک هاون چینی همراه 3 گرم آهک زنده و 3 گرم سود جامد ، نرم کوبیده تا به صورت پودر در آید. مخلوط را در داخل یک لوله آزمایش بزرگ و مقاوم که دهانه آن را با در لاستیکی که از آن ، لوله باریک شیشهای عبور داده شده است بستهاید، حرارت دهید.
در اثر حرارت ، مخلوط ذوب گردیده و پس از آن به مدت یک دقیقه همچنان عمل حرارت دادن را ادامه دهید تا هوای لوله کاملا خارج گردد و پس از آن ، گاز را مشتعل و سوختن گاز متان را مشاهده نمایید.
نتیجه آزمایش
واکنش تولید گاز متان در این آزمایش طبق واکنش زیر است:
CH3COONa + NaOH → Na2CO3 + CH4
از مخلوط آهک با سدیم هیدروکسید ، تولید آهک سُده (آهک سود دار) میشود که جاذب گازهایی نظیر CO2 ، SO2 است و به جای سدیم هیدروکسید در تهیه بسیاری از واکنشها مثلا تهیه متان بکار میرود. گاز متان امروزه در زندگی بشر جایگاه بسیار مهمی دارد و در زندگی روزمره با این ماده حیاتی استفاده نماید.
تهیه رزین ملامین - فرمالدئید
هدف آزمایش
تهیه پلیمر ملامین
تئوری آزمایش
بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون ، به موادی منجر میشوند که در صنعت ، کاربردهای بسیار مهمی دارند. تهیه پلیمر ملامین- فرمالدئید به مادهای منجر میشود که روزانه در منزل و بیرون ، بسیار با آن مواجهیم. واکنش پلیمریزاسیون ملامین- فرمالدئید ، یک واکنش پلیمریزاسیون تراکمی میباشد.
اگر در جریان واکنش پلیمریزاسیون ، به همراه پلیمر ، مواد دیگری با اجرام مولکولی پایین تشکیل شوند و تغییر در ترکیب عنصری و ساختمانی پلیمر حاصل شود، پلیمریزاسیون از نوع مرحلهای یا تراکمی بوده و منومرهایی که به این ترتیب پلیمریزه میشوند، حاوی دو و یا چند گروه عاملی میباشند. ملامین یا 2 , 4 , 6 - تری آمینو - 1 , 3 , 5- تری آزید با فرمالدئید میتواند در محیط اسیدی یا بازی ، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش ، پلیمر یکبعدی یا سهبعدی ایجاد کند.
وسایل مورد نیاز
حمام آبی
بالن 3 دهانه حاوی مبرد
کپسول چینی
ملامین
فرمالین
محلول هیدروکسیدسدیم 10%
گلیسیرین
روش آزمایش
داخل بالن 3 دهانه ، 22,5 گرم فرمالین (معادل با 0,3 مول فرمالدئید) میریزند. بر روی آن ، 12,6 گرم (0,1 مول) ملامین ریخته و جهت تنظیم PH سیستم در 7,5 - 8,0 ، محلول هیدروکسید سدیم 10% میافزایند. سپس 2 دهانه بالن را مسدود کرده و مخلوط را به مدت 40 دقیقه در حمام آبی که دمای آن 95- 90 درجه سانتیگراد میباشد، قرار میدهند. بعد از زمان فوق ، دما را به 70 درجه سانتیگراد رسانده و دهانههای مسدود شده را باز کرده و به یکی از دهانهها ، لولهای ظریف (موجی) و به دیگری سیستم خلاء متصل میکنند.
در دمای 70- 60 درجه سانتیگراد و فشار 120- 100 میلیمتر جیوه ، آب موجود در سیستم را از محیط عمل دور میکنند. مخلوط بدست آمده را به کپسول چینی ریخته و بر روی ان 2,0 گرم گلیسیرین افزوده، در دمای 150 درجه سانتیگراد و تا تشکیل مخلوطی سفت و سخت ، آن را حرارت میدهند. رزین سخت شده را در تکه های نازک جدا میکنند.
نتیجه آزمایش
ماده حاصله اولیه در صنعت کاربردهای فراوانی دارد. با افزایش دما و در PH اسیدی ، پلیمر یکبعدی به سهبعدی تبدیل میشود. با افزایش 20% کائولن تبدیل به "فرمیکال" میشود که ماده استخوانی روی میزهای کابینت است که در خلاء تحت فشار بالا ، پرس میشود. حال ، اگر %40-30 کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیرسیگاری و مواد دیراشتعال پذیر میشود که قیمت آن فوقالعاده افت میکند، اما قدرت مکانیکی آن بالا میرود. کلید- پریز برق بدون استثنا از این ماده تهیه میشوند.
تهیه چسب اوره - فرمالدئید
هدف آزمایش
تهیه رزین (چسب) اوره - فرمالدئید
تئوری آزمایش
بسیاری از واکنشهای پلیمریزاسیون ، کاربردهای بسیار مهم و اساسی در صنعت دارند. یکی از پلیمرهای با کاربرد صنعتی ، چسب و بطور کلی انواع چسبهاست. فنوپلاستها و آمینوپلاستها که جزء پلاستیکها بشمار میروند، میتوانند بعنوان چسب بخاری بکار روند. رزین فنل - فرمالدئید (فنوپلاست) که از واکنش فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی و با ماکزیمم PH مساوی با 8,5 در صنعت تهیه میشود، میتواند بعنوان چسب بکار رود.
باید توجه داشت که برای استفاده از چسب بخاری ، انتهای مولکول باید گروه OH- داشته باشد. هرچه گروههای OH- آزاد (مربوط به گروه متیلول CH2OH- ) بیشتر باشند، قدرت چسبندگی چسب افزایش مییابد. اما این چسب ، یعنی چسب فنل- فرمالدئید در بازار یافت نمیشود و کاربرد صنعتی زیادی ندارد. علت آن ، بوی بد فنل است.
اما رزین اوره- فرمالدئید که از واکنش فرمالدئید با اوره در محیط اسیدی یا بازی بدست میآید، بعنوان چسب بخاری کاربرد صنعتی بسیار وسیعی دارد. در تهیه این چسب نیز هرچه گروههای OH- آزاد بیشتر باشد، چسب قدرت بیشتری خواهد داشت.
وسایل مورد نیاز
بالن 3 دهانه حاوی مبرد
کپسول چینی
اوره
فرمالین
محلول هیدروکسید سدیم10%
اسید استیک یخی
روش آزمایش
داخل بالن 3 دهانه ، 22,5 گرم فرمالین (معادل 0,3 مول فرمالدئید) میریزند، بر روی آن ، 9,0 گرم (0,15 مول) اوره اضافه میکنند و بمنظور تنظیم PH مخلوط در 7,5 - 8 ، به مقدار کافی هیدروکسیدسدیم 10% میافزایند. دو دهانه بالن را با چوبپنبه مسدود میکنند و مخلوط را ، 2 ساعت در حمام آبی در دمای 80 درجه سانتیگراد قرار میدهند. سپس دما را تا 60 درجه سانتیگراد پایین میآورند. چوب پنبهها را در آورده و به جای یکی از دهانههای بالن ، لولهای مویین و دیگری را به سیستم خلا متصل می کنند.
در فشار 120-100 میلیمتر جیوه و دمای 70-60 درجه سانتیگراد ، آب موجود در سیستم را از محیط عمل دور میکنند. مخلوط بدست آمده را به کپسول چینی ریخته و بر روی آن 0,3 گرم اسید استیک یخی اضافه نموده و 2 ساعت در دمای 45-40 درجه سانتیگراد ، 2 ساعت در دمای 55 - 50 درجه سانتیگراد و 2 ساعت در دمای 100 درجه سانتیگراد گرم میکنند تا چسب بدست آمده تبدیل به رزین گردد.
نتیجه آزمایش
مشخص است که چسب اوره - فرمالدئید که تهیه کردهاید، کاربرد صنعتی بسیار گستردهای بعنوان چسب بخاری دارد. همچنین این چسب در صنعت نئوپان سازی بعنوان پایه اصلی صنعت (برای بهم چسباندن ذرات و تکه های چوب و ضایعات چوبی) بشمار میرود. رزین اوره- فرمالدئید نیز در کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی کاربرد دارد.
این واکنش پلیمریزاسیون ، یک واکنش چند تراکمی یا پلی کنداسیون است که از واکنشهای رایج در صنعت و محصول ، یک پلاستیک است و پلیمر حاصل یک پلیمر یک بعدی است