Именные реакции и реактивы в неорганической химии - Курсовая работа

Уже более ста лет в органической химии используются реакции, получившие название по фамилии химиков, открывших или детально изучивших эти реакции. Реакция, положенная в основу этого метода, - взаимодействие иода I2 с диоксидом серы SO2: I2 SO2 2H2O=2HI H2SO4 была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I2 с SO2 не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории: NH4NCO = (NH2)2CO, а сама реакция получила название реакции Велера. Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845-1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму.Разумеется, этим перечнем не исчерпываются все именные реакции. Даже простой перечень рассмотренных нами именных реакций свидетельствует о том, что обычный школьник знает не так уж и мало из курса неорганической химии.

Уже более ста лет в органической химии используются реакции, получившие название по фамилии химиков, открывших или детально изучивших эти реакции.

Всего известно более 1000 именных органических, неорганических и аналитических реакций. Их число продолжает увеличиваться, так как нет до сих пор общепринятой номенклатуры химических реакций. Название реакции по имени ее первооткрывателя дает возможность кратко передать смысл происходящего превращения.

Цель курсовой работы: рассмотреть именные реакции и реактивы, применяемые в неорганической химии.

Задачи: 1. Познакомиться с наиболее известными именными реакциями.

2. Изучить широко применяемые в неорганической химии именные реактивы.

3. Провести эксперименты именных реакций и сделать выводы о наблюдаемых явлений.

1. Именные реакции в неорганической химии

1.1 Реакция Бунзена

Прямое назначение реактива Фишера (Карл Фишер - немецкий химик-аналитик) - определение содержания воды в органических и неорганических веществах. Реакция, положенная в основу этого метода, - взаимодействие иода I2 с диоксидом серы SO2: I2 SO2 2H2O=2HI H2SO4 была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I2 с SO2 не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. В 1935 г. Фишер сделал реакцию Бунзена аналитической, проходящей со 100%-м выходом, добавив к I2 и SO2 пиридин C5H5N и метанол СН3ОН. Пиридин связывает продукты реакции, а метанол служит растворителем исходных веществ: 2C5H5N • I2 C5H5N • SO2 Н2O=2C5H5N • HI C5H5N • SO3.

Смесь метанола, пиридина, иода и диоксида серы получила название реактива Фишера.

1.2 Реакция Несслера

Чаще всего в лаборатории используют для анализа азотсодержащих веществ методы Несслера или Кьельдаля.

Юлиус Несслер (1827-1905) -немецкий химик-аналитик - предложил в 1868 г. для качественного и количественного определения примесей аммиака NH3 и солей аммония (например, хлорида аммония) в различных веществах реакцию взаимодействия аммиака с щелочным раствором комплексного соединения тетраиодомеркурата калия K2[HGI4]: 2K2[HGI4] NH3 ЗКОН=(Hg2N)I Н2О 7KI 2Н2О.

В результате реакции образуется вещество (Hg2N)I*H2О, придающее анализируемому раствору желтый цвет, когда аммиака очень мало. При больших его количествах выпадает осадок бурого цвета.

Позднее, в 1883 г., Иохан-Густав-Кристоффер Кьельдаль (1849- 1900), датский химик, разработал другой метод анализа, названный впоследствии его именем. Вещество, которое предстоит анализировать, он сначала разлагал кипячением с концентрированной серной кислотой, часто в присутствии катализаторов. При этом азот органического соединения превращался в сульфат аммония (NH4)2SO4, как, например, в случае анализа карбамида CO(NH2)2: CO(NH2)2 H2SO4 Н2О=СО2 (NH4)2SO4.

После добавления к сульфату аммония раствора гидроксида натрия NAOH выделялся газообразный аммиак, который нагреванием удаляли из раствора: (NH4)2SO4 2NAOH=2NH3 Na2SO4 2H2О и поглощали точно отмеренным количеством разбавленной серной кислоты. Можно для определения количества аммиака (или катиона аммония) в завершающей части анализа использовать и реакцию Несслера.

1.3 Реакция Велера

В воздухе животноводческого помещения всегда повышенное содержание аммиака; аммиак отлично поглощается водой и кислотами, а это приводит к большому искажению результатов химического анализа.

Велер в 1828 г. Случайно обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония NH4NCO образуется карбамид (NH2)2CO (мочевина). Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории: NH4NCO = (NH2)2CO, а сама реакция получила название реакции Велера. Это пример обратимой реакции таутомерии - превращения одного структурного изомера в другой.

Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845-1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму. Синтез карбамида по Базарову состоял во взаимодействии аммиака NH3 и диоксида углерода СО2 при 180° С в присутствии пара воды как катализатора: 2NH3 СО2=(NH2)2CO Н2О

Любопытно, что применение другой реакции Велера сохранилось до наших дней. Она лежит в основе современного промышленного способа получения белого фосфора: Ca3(PO4)2 5C 3SIO2=P2 5CO 3CASIO3

Фосфат кальция САЗ(РО4)2 (апатит, фосфорит) смешивают с коксом С и диоксидом кремния SIO2 (песок), а затем прокаливают. Фосфор состава Р2 возгоняется из реакционной смеси и конденсируется в холодильнике уже в виде белого воскообразного вещества состава Р4 - белого фосфора. Вместе с ним удаляется и газообразный монооксид углерода СО, а в реакторе остается расплавленный метасиликат кальция CASIO3.

1.4 Реакция Маргграфа

В основе одного из самых старых способов получения чистой ортофосфорной кислоты лежит реакция Маргграфа.

Маргграф предложил получать ортофосфорную кислоту Н3РО4 нагреванием белого или красного фосфора с азотной кислотой: Р4 20HNO3 = 4Н3РО4 20NO2 4Н2О.

После удаления газообразного диоксида азота остается только водный раствор ортофосфорной кислоты.

1.5 Реакция Бертолле (Бертолетова соль)

Для получения триоксохлората калия KCLO3 Бертолле предложил пропускать хлор С12 в горячий раствор гидроксида калия КОН в воде. Уже через несколько минут из раствора начинают выпадать белые пластинчатые кристаллы KCLO3: 6КОН С12=KCLO3 5КС1 ЗН2O.

Кристаллы отфильтровывают и высушивают при температуре не выше 100° С. Триоксохлорат калия применяют в производстве спичек. Описанная выше простая реакция получила впоследствии название реакции Бертолле, а ее продукт - «бертолетова соль».

1.6 Смесь Кибальчича

Так называли смесь, состоящую из триоксохлората калия КС1О3 и сахара С12Н22О11. Ее использовали в качестве запала к кустарно изготовленным бомбам. Если смочить смесь каплей концентрированной серной кислоты H2S04, то происходит сильная вспышка: ЗКС1О3 H2SO4 = 2С1О2 KCLO4 k2so4 Н2О.

Выделяющийся диоксид хлора CLO2 тотчас же разлагается на хлор С12 и кислород О2: 2 CLO 2 = С12 2О2, С12Н22О11 12О2=12СО2 11Н2О.

1.7 Реакция Каро

Реакция Каро (Никодем Каро, 1871-1935, немецкий химик) - это реакция взаимодействия триоксохлоросульфата водорода HSC1О3 с безводным пероксидом водорода Н2О2: HSC1О3 Н2О2=H2SO5 НС1.

Один из продуктов реакции - пероксомоносерную кислоту H2SO5 - еще до сих пор называют кислотой Каро. Она образует легкоплавкие бесцветные красивые кристаллы, прикосновение которых к бензолу С6Н6 сопровождается взрывом. Это один из сильнейших окислителей. Есть еще способ получения кислоты: надо смешать концентрированную серную кислоту с пероксодисульфатом калия K2S208, а затем добавить в полученную кашицу лед: k2s2o8 Н2О=k2so4 h2so5.

1.8 Жидкость Ваккенродера

Эта жидкость - смесь политионовых кислот состава H2SXO6, где х>3, тонкодисперсной серы и небольших количеств серной кислоты H2S04. В 1845 г. немецкий химик, врач и аптекарь Генрих-Вильгельм- Фердинанд Ваккенродер (1798-1854) установил, что при пропускании сероводорода H2S в охлаждаемый ниже 0°С водный раствор диоксида серы SO2 образуется «необычная смесь», получившая впоследствии его имя. Образование одной из политионовых кислот такой смеси: H2S 3SO2 = H2S4О6.

1.9 Проба по Гемпелю

Вальтер Гемпель (1851-1916) - немецкий химик-аналитик - предложил проводить восстановление серосодержащих веществ натрием Na, магнием Mg или алюминием А1. Для этого исследуемый образец в сухом виде он помещал на листочек или пластинку металла, заворачивал в бумагу и обертывал тонкой проволокой, а затем поджигал. Серосодержащие вещества в процессе восстановления металлами превращались в сульфиды. Потом Гемпель растягивал проволоку и погружал продукты сгорания в пробирку с водой. Если теперь слегка подкислить раствор, произойдет выделение сероводорода H2S: A12S3 6НС1=3H2S 2A1C13, который можно обнаружить по почернению фильтровальной бумажки, смоченной раствором нитрата свинца Pb(NO3)2 или сульфата меди CUSO4: Pb(NO3)2 H2S = PBS 2HNO3.

Образующиеся сульфиды свинца PBS или меди CUS вызывают появление на бумаге черных пятен.

1.10 Реакция Глаубера

Немецкий алхимик Глаубер впервые получил многие соли и кислоты. В истории химии наиболее известны две реакции Глаубера. Первая реакция Глаубера - получение сульфата натрия при взаимодействии хлорида натрия NACL с серной кислотой H2SO4: 2NACL H2SO4 = Na2SO4 2НС1

Вторая из предложенных Глаубером реакций связана с синтезом трихлорида сурьмы SBCL3 («сурьмяного масла»): 3HGCL2 Sb2S3 = 2SBCL3 3HGS.

При нагревании смеси хлорида ртути HGCL2 и сульфида сурьмы Sb2S3 хлорид сурьмы отгоняется и собирается в охлаждаемом приемнике.

1.11 Реакция Дикона

Генри Дикон (1822-1876) - английский химик-технолог-в 1867 г. разработал способ непрерывного получения хлора С12 путем каталитического окисления хлороводорода НС1 кислородом воздуха при температуре 400°С с участием катализатора дихлорида меди СИС12: 4НС1 О2 = 2С12 2Н2О.

Эта реакция получила название реакции Дикона, а промышленная технология - процесса Дикона. В процессе Дикона получают не чистый С12, а смесь воздуха с 11% С12. Из этой смеси С12 не выделяют, так как она им бедна, а используют смесь для производства хлорной извести CACL(OCL): Са(ОН)2 С12 = САС1(ОС1) Н2О.

1.12 Реакция Фогеля

Вернер Фогель (р. 1925 г.) -немецкий химик-аналитик-предложил применять для открытия примеси соединений кобальта Со в анализируемых растворах реакцию образования тиоцианатного комплекса этого элемента, вызывающего синее окрашивание раствора. Реакция Фогеля заключалась в добавлении к исследуемому раствору концентрированного водного раствора тиоцианата аммония NH4NCS: COC12 4NH4NCS = (NH4)2[Co(NCS)4] 2NH4Cl.

Продукт реакции тетратиоцианатокобальтат аммония - синего цвета. Чувствительность реакции Фогеля повысится, если к раствору добавить амиловый спирт С5Н11ОН. Полученный комплекс практически полностью перейдет в слой спирта, который не смешивается с водным раствором, а интенсивность окраски возрастает.

1.13 Реакция Марша

Реакция Марша предложена в 1836 г. Джеймсом Маршем (1790-1846), английским химиком-аналитиком. Реакция Марша служит для качественного открытия очень малых количеств мышьяка As. Все соединения мышьяка в кислом растворе восстанавливаются металлическим цинком до арсина ASH3: K3ASO3 3Zn 9НС1 = 3ZNCL2 ASH3 3H2О 3KC1.

Образующийся очень ядовитый бесцветный газ арсин пропускают через нагретую стеклянную трубку. Арсин разлагается на водород и мышьяк, оседающий на холодных частях трубки в виде бурочерного зеркала: 2ASH3 = 2As ЗН2 .

1.14 Реакция Мора и Фольгарда

При количественном определении содержания галогенид-ионов титрованием анализируемой пробы раствором нитрата серебра AGNO3 очень трудно зафиксировать точку эквивалентности, когда пора прекратить добавление раствора AGNO3. Карл-Фридрих Мор (1806-1879) - немецкий химик и фармацевт - предложил для определения конца титрования добавлять в анализируемый раствор хромат калия К2СО4. Как только все галогенид-ионы будут израсходованы в реакции осаждения галогенида серебра, например хлорида серебра AGCL:

Ag Cl-=AGCL, начнется выделение более растворимого хромата серебра Ag2CRO4 кирпично-красного цвета. Это и будет сигналом появления точки эквивалентности.

По способу Фольгарда окончание реакции осаждения галогенида серебра замечают по появлению красной окраски раствора, вызванной образованием тиоцианата железа [Fe(NCS)3]. Фольгард предложил добавлять в титруемый раствор тиоцианат калия KNCS и нитрат железа Fe(NO3)3. В точке эквивалентности тиоцианат серебра AGNCS превращается в галогенид серебра, а освободившиеся тиоцианат-ионы NCS- немедленно образуют с катионами железа ярко-красный тиоцианат железа: Ag NCS-= AGNCS, AGNCS Cl- = AGCL NCS-, Fe(NO3)3 3KNCS=[Fe(NCS)3] 3KNO3

1.15 Реакция Чугаева

Для осуществления реакции Чугаева к анализируемому раствору прибавляют аммиак NH3 до слабощелочной реакции, а затем несколько капель спиртового раствора диметилглиоксима (CH3)2C2(NOH)2. Если в растворе содержится примесь никеля, то появляется красно-фиолетовая окраска. При большом содержании никеля выпадает осадок красного цвета: NICL2 2(CH3)2C2(NOH)2 2NH3 = [Ni {(CH3)2C2(NOH)NO) 2] 2NH4C1.

Образующееся в этой реакции комплексное соединение носит название бис(диметилглиоксимато)никель(II).

1.16 Реакция Гриньяра

Франсуа-Огюст-Виктор Гриньяр (1871-1935) -французский химик-органик, лауреат Нобелевской премии - предложил свою реакцию для синтеза металл органических соединений. Например, получение диметилцинка (CH3)2Zn осуществляют прямым взаимодействием в среде органического растворителя иодметана и цинка: 2CH3I 2Zn = (CH3)2Zn Znl2.

Так как цинкорганические соединения самовоспламеняются на воздухе, то значительно удобнее использовать для работы магнийорганические соединения, которые чаще всего и называют реактивами Гриньяра.

С помощью реактивов Гриньяра можно получить спирты, карбоновые кислоты, насыщенные углеводороды - алканы. В частности, чтобы синтезировать этан С2Н6, на бромэтан С2Н5Вг действуют магниевым порошком Mg, а затем выделенный броммагнийэтан (бромид этилмагния) разлагают водой: C2H5Br Mg= C2H5MGBR, C2H5MGBR H2О=С2H6 Mg(OH)Br.

1.17 Реакция Вюрца

Реакция была открыта Вюрцем в 1855 г. и является одной из важнейших для получения насыщенных углеводородов (алканов). Например, для получения этана С2Н6 к раствору подметана СН31 в этиловом эфире (С2Н5)2О добавляют металлический натрий:

2CH3I 2Na=C2H6 2NAI.

Здесь происходит соединение двух фрагментов - метальных радикалов СН3 -и удлинение углеводородной цепочки, при этом образуется этан. А для синтеза ароматических соединений используют «модификацию Фиттига»: C6H5Br CH3Br 2Na=С6Н5СН3 2NABR.

В этой реакции на смесь бромбензола С6Н5Вг и бромметана СН3Вг действуют металлическим натрием Na. Продукт реакции - толуол С6Н5СН3. Фиттиг открыл эту реакцию в 1885 г.

Если в подобном процессе участвует алкоголят металла, например этилат натрия C2H5ONA, то можно «выстроить» молекулу эфира в соответствии с реакцией Уильямсона. Александер Уильямсон (1824-1904), английский химик-органик, президент Лондонского королевского общества, открыл эту реакцию в 1852 г. Она позволяет получать простые эфиры из алкоголятов металлов и алкилгалогенидов. Например, синтез метилэтилового эфира С2Н5ОСН3 проводят смешиванием этилата натрия с иодметаном СН31: C2H5ONA CH3I = C2H5OCH3 Nal.

2. Именные реактивы

2.1 Реактив Несслера

В 50 мл воды растворяют 50 г иодида калия. К этому раствору при постоянном перемешивании прибавляют насыщенный раствор хлорида ртути (II) (6 г хлорида ртути (II) в 100 мл воды) до появления устойчивого осадка йодида ртути. Затем прибавляют 200 мл 6 н. раствора гидроксида калия и воду до 520 мл. Реактив сохраняют в темном месте.

При взаимодействии с NH3 и солями аммония образует красно-коричневый осадок: 2[HGI4]2- NH3 ЗОН- [OHG2NH2]I 7I- 2Н2О.

Несслера реактив применяют для обнаружения и фотометрического определения NH3 при 436 нм с пределом обнаружения 1,4 мкг. Мешают гуанидин и его производные, первичные и вторичные спирты. С восстановителями (первичные и вторичные спирты, альдегиды и др.) Несслера реактив образует металлич. ртуть, например: RCHO [HGI4]2- 2ОН- RCOOH Hg Н2О 4I-.

На этой реакции основано использование Несслера реактива для обнаружения спиртов и альдегидов, а также для идентификации гидрокси аминокислот в бумажной и тонкослойной хроматографии.

2.2 Реактив Швейцера

В 1857 г. швейцарский химик Матиас-Эдуард Швейцер (1818- 1860) обнаружил, что концентрированный водный раствор гидроксида тетраамминмеди(II) [Cu(NH3)4](OH)2, получаемый в реакции: Cu(OH)2 4NH3 = [Cu (NH3)4](OH)2 при взаимодействии гидроксида меди Си(ОН)2 и водного раствора аммиака NH3, растворяет целлюлозу. Если полученный раствор целлюлозы пропускать через фильеры (отверстия малого диаметра) в ванну с разбавленной серной кислотой, то получаются тонкие «шелковые» нити медно-аммиачного волокна - чистой регенерированной целлюлозы, не содержащей ни меди, ни азота: реактив Швейцера в серной кислоте разрушается: [Cu(NH3)4](OH)2 3H2SO4 = CUSO4 2(NH4)2SO4 2H2О и выделяет растворенную в нем целлюлозу. В растворе остаются сульфат меди CUSO4 и сульфат аммония (NH4)2SO4.

2.3 Реактив Фишера

2C5H5N • I2 C5H5N • SO2 Н2O=2C5H5N • HI C5H5N • SO3.

Смесь метанола, пиридина, иода и диоксида серы получила название реактива Фишера.

2.4. Барбитуровая кислота (раствор в пиридине)

В колбу вносят 3 г барбитуровой кислоты, прибавляют 15 мл свежеперегнанного пиридина и 3 мл концентрированной соляной кислоты. Содержимое колбы хорошо взбалтывают, прибавляют воду до 50 мл и фильтруют. Этот реактив должен быть свежеприготовленным.

Барбитуровая кислота (раствор в пиридине) - реагент на циановодород (HCN), его соли - цианиды, а также роданиды.

неорганический реагент сульфат барбитуровый

Разумеется, этим перечнем не исчерпываются все именные реакции. Мы не охарактеризовали еще многие другие реакции, которые подробно изучают уже в высшей школе.

Даже простой перечень рассмотренных нами именных реакций свидетельствует о том, что обычный школьник знает не так уж и мало из курса неорганической химии. Еще раз с удовольствием отмечаем, что из тех химических реакций, которые изучаются в базовом курсе основной и средней школы, значительное число реакций впервые осуществлено российскими химиками - нашими соотечественниками.

1. В данной курсовой работе, мы рассмотрели наиболее известные именные реакции.

2. Познакомились именными реактивами в неорганической химии.

3. Провели несколько опытов и наглядно посмотрели, как протекают именные реакции.

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 2001

2. Жамбулова М.Ш. Развитие неорганической химии (Историко-методологический аспект). Алма-Ата, 1981.- 187с.

3. Популярная библиотека химических элементов. Т. 1,2. / Под ред. И.В. Петрянова-Соколова - М.: Наука, 1983. - 575 с., - 572с.

4. Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М.: Мир, 1974. - 775 с

5. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М., Химия, 1994 на стр. 316.

6. Шрайвер Э. Неорганическая химия. Т. 1,2. / Э. Шрайвер, П. Эткинс - М.: Мир, 2004. - 679 с., - 486с.

Размещено на .ru