Promo xi c2 by Crepuscul

Ministerul Educaţiei şi Cercetării Ştiinţifice

CHIMIE XI

Colecţia EDUCAŢIONAL

Elena ALEXANDRESCU

Viorica ZAHARIA

Mariana NEDELCU

CHIMIE C2 clasa a XI-a filiera tehnologică, calificări profesionale: tehnician ecolog şi protecţia calităţii mediului, tehnician hidro - meteorolog, tehnician analize produse alimentare, tehnician veterinar pentru animale de companie, tehnician în agricultură, tehnician agromontan, tehnician veterinar, tehnician în silvilcultură şi exploatări forestiere, tehnician în industria alimentară, tehnician în agroturism, tehnician chimist de laborator, tehnician în chimie industrială, tehnician în industria materialelor de construcţii, tehnician în industria sticlei şi ceramicii

Editura LVS Crepuscul

Autori:

prof. gr. I Elena ALEXANDRESCU - Colegiul Naţional “Mihai Viteazul” Ploieşti prof. gr. I Viorica ZAHARIA - Colegiul Naţional “Mihai Viteazul” Ploieşti prof. gr. I Mariana NEDELCU - Liceul “Al.I. Cuza” Ploieşti

Referenţi ştiinţifici: profesor dr. Elena DIACU - Catedra de Chimie Analitică, Facultatea de Chimie Industrială Universitatea Politehnică Bucureşti profesor grd. I Doina DĂNCIULESCU Colegiul Naţional “Mihai Viteazul” Bucureşti profesor grd. I Nicoleta DRĂGAN Inspector de specialitate Inspectoratul Şcolar Prahova

Tehnoredactare şi grafică:

Sultana PETRACHE

Manualul a fost aprobat prin Ordinul Ministerul Educaţiei şi Cercetării nr. 4446/19.06.2006 în urma evaluării calitative organizate de către Consiliul Naţional pentru Evaluarea şi Difuzarea Manualelor şi este realizat în conformitate cu programa analitică aprobată prin Ordin al ministrului Educaţiei şi Cercetării nr. 3252/13.02.2006.

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României ALEXANDRESCU, ELENA Chimie: clasa a XI-a - C2/Elena Alexandrescu, Viorica Zaharia, Mariana Nedelcu. - Ploieşti: LVS Crepuscul, 2006 ISBN (10) 973-7680-08-1; ISBN (13) 978-973-7680-08-2 I. Zaharia, Viorica II. Nedelcu, Mariana 54(075.35)

ISBN (10) 973-7680-08-1; ISBN (13) 978-973-7680-08-2

Tipar şi Distribuţie EDITURA EXPLORATOR Ploieşti, 100066, Str. Erou Călin Cătălin nr. 5 Tel.: 0244-511244, 0244-595348, 0723-387225, 0745-367226 Fax: 0244-519466 E-mail: office@crepuscul.ro, office@cutezatorii.ro www.crepuscul.ro

Introducere

“Studiile ştiinţifice în general şi experienţele chimice în particular, înalţă inteligenţa, nu amorţesc, după cum se crede, imaginaţia şi nu slăbesc sentimentul binelui şi frumosului. Lucrările de acest gen dau spiritului deprinderea exactitudinii silindu-l să se ocupe cu fapte şi să găsească analogii. Studiul chimiei aţâţă setea, în veci nepotolită, de ştiinţă, deoarece fiecare descoperire deschide un câmp de cercetări, întocmai după cum, cu cât cercul de lumină se măreşte cu atât şi umbra care-l înconjoară se măreşte din ce în ce. Pentru a înţelege şi desfăşura această ştiinţă, se cer aceleaşi calităţi intelectuale ca pentru oricare ştiinţă. Imaginaţia trebuie să fie vioaie pentru a căuta asemănări între faptele descoperite. Memoria trebuie să fie bună şi gata de a reaminti mai mult vederile generale decât amănuntele particulare. Mintea nu trebuie să fie o enciclopedie ori un sac de cunoştinţe, ci mai mult un dicţionar critic în care să se găsească informaţii generale.” Sir Humphry Davy (1778 - 1829, chimist şi fizician englez)

himie clasa a XI-a

Norme de protecţie în laboratorul de chimie Activităţile experimentale ale elevilor se efectuează în laboratorul de chimie, sub îndrumarea directă a profesorului. Pentru prevenirea unor accidente, trebuie să cunoaşteţi anumite reguli de protecţie. • Se poartă halatul alb, încheiat cu nasturi, curat, pentru protejarea îmbrăcămintei şi a pielii. • Toate experimentele se execută cu cantităţi mici de substanţe. • Se lucrează în vase curate. • Înainte de utilizarea reactivilor, se citeşte cu atenţie eticheta pentru identificarea substanţelor chimice. • Substanţele chimice nu se gustă şi nu se miros direct. • La diluarea H2SO4, se toarnă acid în apă şi nu invers. • Resturile de substanţe toxice nu se aruncă în canal, ci se adună în borcane şi se aruncă în locuri special amenajate. • Aparatura de sticlă nu se încălzeşte direct pe flacară. • Manipularea substanţelor toxice se face sub nişă. • Aparatele electrice nu se manipulează cu mâna umedă.

Cum utilizăm manualul?

Pe parcursul fiecărui paragraf veţi întâlni sigle cu anumite semnificaţii.

E Info plus... Ştiaţi că...

Analizează şi descoperă

• Introduce sarcini de observare şi prelucrare a informaţiilor date pentru a asigura înţelegerea conceptelor noi.

Verifică şi consolidează

• Introduce sarcini de aplicare imediată a noilor informaţii pentru consolidarea lor. • Introduce sarcini de experimentare a unor reacţii chimice pentru a verifica proprietăţile unor substanţe. Experienţele vor fi efectuate de grupe formate din 2-4 elevi. • Introduce aspecte legate de viaţa cotidiană şi unele informaţii, care nu sunt cuprinse în curriculum, referitoare la conceptele chimice studiate. • Introduce prezentarea unor momente de referinţă din istoria chimiei şi a unor informaţii despre răspândirea în natură, proprietăţile şi utilizările unor substanţe chimice. • Introduce exerciţii şi probleme care cer aplicarea informaţiilor noi.

• Introduce aplicaţii şi teste pentru autoevaluare. Timpul de lucru pentru fiecare test de evaluare este de 50 de minute.

Portofoliu

•Portofoliul, ca instrument de evaluare complex, permite evaluarea şi aprecierea globală a deprinderilor, capacităţilor şi performanţelor dobândite în timpul procesului de învăţare. Realizaţi pe parcursul anului şcolar portofoliul cu tema: “Chimia organică şi viaţa”. Portofoliul trebuie să cuprindă toate lucrările indicate în manual cu sigla “Portofoliu”. Vă puteţi completa portofoliul şi cu alte lucrări: fişe de observaţii realizate în timpul unor excursii de documentare, teste, curiozităţi, amuzamente chimice etc. Puteţi consulta diverse surse bibliografice ca: manuale de chimie, fizică, biologie, biochimie, ziare şi reviste de specialitate, colecţia “Arborele Lumii”, informaţii din reţeaua Internet etc.

Acizi şi baze organice

3.1. Caracter acid, caracter bazic 3.2. Compuşi organici cu caracter acid 3.3. Compuşi organici cu caracter bazic

Competenţe specifice: • să identifici compuşii organici cu caracter acid şi compuşii organici cu caracter bazic după grupele funcţionale pe care le conţin în moleculă; • să verifici experimental principalele proprietăţi datorate caracterul acid sau bazic şi să interpretezi rezultatele experimentelor; • să reprezinţi prin ecuaţii chimice comportarea chimică a unor compuşi cu caracter acid sau bazic; • să aplici algoritmii specifici în rezolvarea unor probleme; • să corelezi utilizările unor compuşi cu caracterul lor acid sau bazic.

111

himie clasa a XI-a

3.1. Caracter acid, caracter bazic Caracterul acid şi caracterul bazic sunt specifice şi unor compuşi organici şi au aceeaşi semnificaţie ca şi în cazul acizilor şi bazelor anorganice. Conform teoriei protolitice, acizii sunt specii chimice (molecule sau ioni) capabile să cedeze protoni (H+). În molecula unui acid, atomul de hidrogen este legat de un atom de nemetal printr-o legătură covalentă polară. În general, tăria unui acid HA este influenţată de polaritatea şi de labilitatea legăturii hidrogen - nemetal şi de stabilitatea anionului A-. Ionizarea acizilor foarte tari este, practic, o reacţie totală: HA + H2O A- + H3O+ Acizii slabi ionizează puţin în soluţie apoasă, reacţia fiind reversibilă: HA + H2O A- + H3O+

Aliment cu caracter acid

Info plus... Exponentul de aciditate pka este definit conform relaţiei: pka = -lgka. De exemplu, pentru HCl: ka = 107 mol/L şi pka = -lg107=7. Un acid este cu atât mai tare cu cât valoarea exponentului de aciditate pka este mai mică.

112

Pentru această reacţie de echilibru constanţa de echilibru kc este:

unde: [H3O+], [A-], [HA], [H2O] sunt concentraţiile speciilor respective la echilibru. Pentru soluţiile diluate, concentraţia apei rămâne practic constantă pentru că numărul de molecule de apă care au reacţionat este foarte mic, în comparaţie cu numărul de molecule de apă aflate iniţial în soluţie. Relaţia de mai sus devine:

unde: ka este constanta de aciditate şi se exprimă în mol/L. După valoarea constantei de aciditate, se poate aprecia tăria unui acid. Pentru un acid foarte tare, la echilibru, concentraţiile ionilor H3O+ şi A- sunt cu mult mai mari decât concentraţia acidului neionizat. În acest caz, ka are o valoare mare. Pentru un acid foarte slab, la echilibru, concentraţiile ionilor H3O+ şi Asunt cu mult mai mici decât concentraţia acidului neionizat, iar ka are o valoare mică. În funcţie de valoarea constantei de aciditate, acizii se clasifică în acizi tari şi acizi slabi. Pentru acizii tari, puternic donori de protoni şi, practic, total ionizaţi în soluţie, ka>1 şi ka>>1 (exemplu: HCl, ka = 107). Ionizarea acizilor tari nu este influenţată de diluţia soluţiei. Pentru acizii slabi, incomplet ionizaţi în soluţie, ka<1. Acizii slabi diferă mult ca tărie între ei. Acizii cu: • ka = 10-2 - 10-3, sunt acizi de tărie mijlocie (exemplu: H 2 SO 3 , ka = 1,5•10-2); • ka = 10-4 - 10-7, sunt acizi slabi (exemplu: H2CO3, ka = 4,3•10-7); • ka<10-7, sunt acizi foarte slabi (exemplu: HCN, ka = 4,9•10-10). Ionizarea acizilor slabi este influenţată de diluţia soluţiei.

Acizi şi baze organice

Ionizarea acizilor poliprotici are loc în etape succesive, caracterizate prin valori diferite ale constantei de aciditate. De exemplu: H2CO3 + H2O HCO3- + H3O+ ka = 4,3•10-7 mol/L

HCO3- + H2O CO32- + H3O+ ka = 4,8•10-11 mol/L Anionul carbonat acid (HCO3-) este un acid mai slab decât acidul carbonic (H2CO3).

Conform teoriei protolitice, bazele sunt specii chimice (molecule sau ioni) capabile să accepte protoni (H+). O bază posedă la unul dintre atomii ei o pereche de electroni neparticipanţi la legătură de care se poate fixa un proton (H+) printr-o legătură covalentă coordinativă. Ionizarea bazelor foarte tari este, practic, o reacţie totală: B + H2O HO- + BH+ Bazele slabe ionizează puţin în soluţie apoasă, reacţia fiind reversibilă: B + H2O HO- + BH+ După un raţionament asemănător celui folosit pentru definirea constantei de aciditate, ka, se ajunge la expresia constantei de bazicitate, kb:

Aliment cu caracter neutru

unde: [HO-], [BH+], [B] sunt concentraţiile molare la echilibru ale speciilor chimice respective. O bază este cu atât mai tare cu cât valoarea constantei de bazicitate kb este mai mare. Exemplu: NH3 + H2O NH4+ + HO- kb = 1,8•10-5 mol/L Un acid (HA), prin cedarea unui proton, se transformă în baza conjugată (A-), iar o bază (A-), prin acceptarea unui proton, trece în acidul conjugat (HA): HA A- + H+ Cu cât un acid este mai tare (cedează mai uşor protoni), cu atât baza lui conjugată este mai slabă (acceptă mai greu protoni) şi invers. Pentru un cuplu acid - bază conjugată, la 25°C, este valabilă relaţia: ka • kb = 10-14 Se recomandă caracterizarea unui cuplu acid - bază conjugată numai prin constanta de aciditate (ka). Exemplu: H2CO3/HCO3- ka = 4,3•10-7 mol/L + NH4 /NH3 ka = 5,6•10-10 mol/L Un acid reacţionează cu baza conjugată a unui acid mai slab decât el, punând în libertate acidul mai slab. Exemplu: ka (HCl) = 107 mol/L; ka (CH3COOH) = 1,8•10-5 mol/L O bază reacţionează cu acidul conjugat al unei baze mai slabe decât ea, punând în libertate baza mai slabă. Exemplu: 113

himie clasa a XI-a

Identificaţi rolul apei (acid sau bază) în următoarele reacţii de ionizare: CH3—COOH + H2O CH3—COO- + H3O+

CH3NH2 + H2O

CH3NH3+ + HO-

Pentru că are caracter amfoter, apa poate reacţiona atât ca acid cât şi ca bază. Între moleculele de apă poate avea loc un schimb de protoni: H+

H2O + H2O a1

H+

HO- + H3O+ b1

În apa pură, pe lângă molecule de apă se află şi ioni H3O+ şi HOîn concentraţii egale. Pentru că apa este un acid slab şi o bază slabă aceste concentraţii sunt foarte mici, la 25°C au valoarea de 10-7 mol/L. 1 Pentru echilibrul de ionizare a apei: 2H2O 2 H3O+ + HO- constanta kC este:

Dar, cum apa este o substanţă puţin ionizată, concentraţia apei este practic constantă şi se poate scrie: unde noua constantă kw se numeşte produsul ionic al apei. Valoarea sa variază cu temperatura. La 25°C, kw = 10-14 mol2/L2. În apa pură, la 25°C, concentraţia ionilor H3O+ este egală cu concentraţia ionilor HO-: [H3O+]=[HO-]=10-7 mol/L. Relaţia kw=[H3O+]•[HO-] arată că modificarea concentraţiei unui ion al apei dintr-o soluţie apoasă determină modificarea concentraţiei celuilalt ion, astfel încât produsul acestor concentraţii să rămână constant. La adăugarea unui acid, de exemplu acid clorhidric, în apa pură, acidul ionizează, mărind concentraţia ionilor H3O+ din soluţie. Echilibrul de ionizare a apei este deplasat în sensul consumării ionilor + H3O (sensul 2). O parte din ionii H3O+ cedează protoni ionilor HO- până la stabilirea unui nou echilibru. În noua soluţie, la 25°C, [HO-]<10-7 mol/L şi [H3O+]>10-7 mol/L, iar soluţia are caracter acid. La adăugarea unei baze, de exemplu hidroxid de sodiu, în apa pură, creşte concentraţia ionilor HO-, iar echilibrul de ionizare a apei se va deplasa în sensul consumării acestor ioni (sensul 2). În noua stare de echilibru, la 25°C, [H3O+]<10-7 mol/L şi [HO-]>10-7 mol/L, iar soluţia are caracter bazic.

1. Completaţi ecuaţiile următoarelor reacţii de ionizare: a) ........ + H2O HSO3- + H3O+ c) NH3 + H2O ........ + HO b) HSO3 + H2O ........ + ........ 2. Scrieţi expresia constantei de aciditate pentru acidul cianhidric (HCN) şi expresia constantei de bazicitate pentru metilamină (CH3NH2). HCN + H2O CN- + H3O+ CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + HO- 3. Identificaţi reacţia posibilă şi completaţi ecuaţia ei. Se dau: ka(HCl) = 107 mol/L, ka(H2S) = 9,1•10-8 mol/L. NaHS + HCl NaCl + H2S 114

Acizi şi baze organice

3.2. Compuşi organici cu caracter acid Printre compuşii organici cu caracter acid se află: alcoolii, fenolii şi acizii carboxilici. Caracterul acid al acestor compuşi organici este datorat grupei —OH şi variază în funcţie de polaritatea legăturii O—H şi de stabilitatea bazelor conjugate.

Legume şi fructe ce conţin substanţe cu caracter acid

Efectuaţi experimentele indicate în fişa de laborator 3.2.1. de la pagina 120.

Experimentele arată că aciditatea creşte în ordinea: alcooli < fenoli < acizi carboxilici

În molecula alcoolilor (R—OH), radicalul hidrocarbonat saturat exercită un efect respingător de electroni şi măreşte densitatea de electroni de la atomul de oxigen. Din acest motiv, legătura O—H din alcooli este mai puţin polară decât legătura O—H din apă şi, în consencinţă, alcoolii cedează protoni (H+) mai greu decât apa. Alcoolii sunt acizi mai slabi decât apa. Au constante de aciditate de ordinul 10-16 - 10-18. Alcoolii nu ionizează practic în soluţie apoasă, nu impresionează indicatorii acido - bazici, dar au capacitatea de a reacţiona cu metalele active (Na, K, Mg, Al). De exemplu, metalele alcaline reacţionează cu alcoolii anhidri cu formare de alcoolaţi sau alcoxizi (R—O-Me+) şi cu degajare de hidrogen. Exemplu: Pentru că alcoolii sunt acizi mai slabi decât apa, reacţia metalelor alcaline cu alcoolii anhidri este mai puţin violentă decât reacţia lor cu apa. Sistemul etanol - sodiu este utilizat ca agent reducător, de exemplu, pentru reducerea compuşilor carbonilici la alcooli. În enunţul de mai jos, alegeţi variantele corecte. Tăiaţi cuvintele nepotrivite. Alcoolaţii alcalini sunt substanţe ionice şi în stare pură sunt solide cristalizate/lichide incolore. Anionii alcoolat (R—O-) sunt bazele conjugate ale/acizii conjugaţi ai alcoolilor corespunzători. Pentru că alcoolii sunt acizi foarte slabi/tari, mai slabi/tari decât apa, alcoolaţii sunt baze foarte slabe/tari, mai slabe/tari decât ionul hidroxid (HO-). Anionii alcoolat pot/nu pot deplasa ionii hidroxid din apă.

În prezenţa apei, alcoolaţii alcalini hidrolizează puternic. Exemplu: Echilibrul acestei reacţii de hidroliză este total deplasat spre dreapta şi se regenerează cantitativ alcoolul.

Completaţi ecuaţiile următoarelor reacţii: a)

b) 115

himie clasa a XI-a

În molecula unui fenol, unul dintre cei doi orbitali dielectronici ai atomului de oxigen este orientat paralel cu orbitalul p al atomului de carbon de care se leagă atomul de oxigen şi se întrepătrunde lateral cu acesta. Astfel, orbitalul extins din nucleul benzenic se prelungeşte spre atomul de oxigen şi permite deplasarea spre nucleul aromatic a perechii de electroni din acest orbital dielectronic al atomului de oxigen (figura 3.2.2.). Figura 3.2.2. Structura fenolului

Ştiaţi că... • Fenolul, C6H5OH, a fost descoperit şi izolat în gudronul de la distilarea uscată a cărbunelui de pământ de către F.F. Runge, în 1832, care l-a denumit acid carbolic. • Mulţi fenoli se găsesc combinaţi cu alte substanţe în diferite produse naturale de origine vegetală (răşină de conifere, esenţe naturale, materii tanante etc.).

Drept urmare, se micşorează densitatea de electroni de la atomul de oxigen, care se pozitivează, şi se măreşte densitatea de electroni în orbitalul extins din nucleul aromatic. Atomul de oxigen pozitivat devine mai atrăgător de electroni şi polarizează mai mult legătura O—H. Astfel, legătura O—H din fenoli este mai slabă decât legătura O—H din alcooli şi din apă. În anionul fenolat (Ar—O-), delocalizarea electronilor descrisă mai sus este mai accentuată şi are ca efect delocalizarea sarcinii negative de la atomul de oxigen spre nucleul benzenic şi stabilizarea acestui anion (figura 3.2.3.) Figura 3.2.3. Structura anionului fenolat

În consecinţă, fenolii au o tendinţă mai accentuată de a ceda protoni decât alcoolii, iar anionii fenolat au o tendinţă mai mică de a accepta protonii decât anionii alcoolat. Fenolii sunt acizi mai tari decât alcoolii şi decât apa. Au constante de aciditate de ordinul 10-8 - 10-10. Echilibrul de ionizare a fenolilor este mult deplasat spre stânga. Exemplu: Fenolii nu impresionează indicatorii acido - bazici, dar au capacitatea de a reacţiona cu metalele alcaline şi cu hidroxizii alcalini, în condiţii care fac reacţiile posibile din punct de vedere cinetic. Exemplu:

Răşină

E 116

Analizaţi constantele de aciditate şi alegeţi reacţiile posibile. Tăiaţi variantele incorecte. Comparaţi concluziile teoretice cu rezultatul experimentelor. a) C6H5—OH + Na2CO3 C6H5—ONa + NaHCO3

• C6H5—OH ka=1,3•10-10 mol/L, pka=9,9 • H2CO3 ka=4,3•10-7 mol/L, pka=6,37 • HCO3ka=4,8•10-11 mol/L, pka= 10,32 • CH3COOH ka=1,8•10-5 mol/L, pka=4,75

Info plus... O sursă importantă de fenol şi crezoli sunt gudroanele obţinute prin distilarea uscată a cărbunilor de pământ. Din aceste gudroane, fenolii se izolează prin dizolvare în soluţie de sodă caustică. Din soluţiile de fenolaţi, sunt precipitaţi de acizi.

Acizi şi baze organice

b) C6H5—OH + NaHCO3

c) C6H5—ONa + CO2 + H2O

d) C6H5—OH + CH 3—COONa

C6H5—ONa + CH3—COOH

e) C6H5—ONa + CH3—COOH

C6H5—OH + CH3—COONa

C6H5—ONa + CO2 + H2O

C6H5—OH + NaHCO3

Fenolii reacţionează cu carbonaţii neutri alcalini, dar nu reacţionează, cu carbonaţii acizi alcalini. Fenolii sunt acizi mai slabi decât acidul carbonic şi decât acizii carboxilici şi sunt deplasaţi din fenolaţi de către aceşti acizi. Ionul fenolat (Ar—O-) este o bază mai slabă decât ionul hidroxid (HO ). În soluţie apoasă, fenolaţii alcalini sunt parţial hidrolizaţi, soluţia având caracter bazic. Exemplu: C6H5—ONa + H2O C6H5—OH + NaOH a)

Completaţi ecuaţiile următoarelor reacţii:

Ştiaţi că... Ca şi alţi fenoli, rezorcina (1,3-benzendiol) are acţiune antibacteriană şi antiseptică. Se foloseşte la obţinerea unor loţiuni şi creme cu acţiune dezinfectantă.

b) În grupa carboxil (—COOH), se formează un orbital extins prin întrepătrunderea laterală a orbitalului p al atomului de carbon cu un orbital p monoelectronic al atomului de oxigen dublu legat şi cu un orbital hibrid dielectronic al atomului de oxigen din grupa —OH (figura 3.2.4.). Figura 3.2.4. Structura grupei carboxil

Produs ce conţine rezorcină

În acest orbital extins, sunt delocalizaţi electronii din legătura C=O şi perechea de electroni din orbitalul dielectronic al atomului de oxigen din grupa —OH. Ca urmare a acestei delocalizări de electroni, apare o densitate de electroni mai mică la atomul de oxigen din grupa —OH. Acest atom de oxigen devine mai atrăgător de electroni şi determină o polaritate mai mare a legăturii —OH. În consecinţă, atomul de hidrogen este mai slab legat şi grupa carboxil cedează relativ uşor protonul (H+).

În ionul carboxilat (—COO-), deplasarea de electroni descrisă mai sus este mai accentuată şi stabilizează acest anion (figura 3.2.5.) Figura 3.2.5. Structura ionului carboxilat

117

himie clasa a XI-a

Soluţia de acid acetic are caracter acid

Aceste aspecte structurale determină la compuşii carboxilici un caracter acid mai pronunţat decât cel al fenolilor. Acizii carboxilici sunt acizi slabi. Au constante de aciditate de ordinul 10-5. În soluţie apoasă, acizii carboxilici sunt parţial ionizaţi. Exemplu: Acizii carboxilici inferiori lichizi, anhidri sau în soluţie apoasă, reacţionează cu metalele active, cu oxizii bazici şi cu bazele insolubile. Exemple:

Reacţia acidului acetic cu hidroxidul de cupru.

Acizii organici, lichizi sau solizi, solubili sau insolubili în apă, reacţionează cu soluţiile apoase ale hidroxizilor alcalini cu formare de săruri solubile. Exemple:

E • CH3—COOH ka=1,8•10-5 mol/L, pka=4,75 • H2CO3 ka=4,3•10-7 mol/L, pka=6,37 • HCO3ka=4,8•10-11 mol/L, pka=10,32 • HCl ka = 107 mol/L, pka=-7 • C6H5—OH ka=1,3•10-10 mol/L, pka=9,9

Reacţia dintre acidul acetic şi carbonatul de sodiu

118

Analizaţi constantele de aciditate sau exponenţii de aciditate şi alegeţi reacţia posibilă din fiecare secvenţă. Tăiaţi varianta incorectă. Comparaţi concluziile teoretice cu rezultatul experimentelor din fişa de laborator 3.2.1.

a) CH3—COOH + Na2CO3 CH3—COONa + NaHCO3 CH3—COONa + NaHCO3 CH3—COOH + Na2CO3

b) CH3—COOH + NaHCO3

CH3—COONa + H2CO3

CH3—COONa + H2CO3 CH3—COOH + NaHCO3

c) CH3—COOH + NaCl CH3—COONa + HCl

d) CH3—COOH + C6H5—ONa CH3—COONa + C6H5—OH

CO2 H2O

CH3—COONa + HCl CH3—COOH + NaCl CH3—COONa + C6H5—OH CH3—COOH + C6H5—ONa

Acizii carboxilici sunt acizi mai slabi decât acizii minerali, dar mai tari decât acidul carbonic şi decât fenolii. “Dizolvarea” acizilor carboxilici în soluţii apoase de carbonaţi acizi alcalini, numiţi uzual bicarbonaţi, reprezintă reacţia de recunoaştere a acizilor organici. Identificaţi substanţele din schema de mai jos şi scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice. a + H2O HCOO- + H3O+ 2a + d b + 2H2O 2a + e b + CO2 + H2O 2a + Zn b + H2 2a + c b + H2O

Acizi şi baze organice

Scrieţi în spaţiul liber cuvântul din paranteză care completează corect fiecare afirmaţie. a) Fenolii sunt acizi mai slabi decât ............... (alcoolii/acizii carboxilici). b) Acizii carboxilici scot din sărurile lui ............... (p-crezolul/acidul sulfuric). c) Alcoolii reacţionează cu ............... (sodiul/hidroxidul de sodiu). d) Fenolul este scos din fenolatul de sodiu de către ............... (alcoolul etilic/acidul carbonic).

Se consideră următoarele reacţii de hidroliză în mediu acid:

Aşezaţi compuşii organici rezultaţi din reacţii în ordinea crescătoare a caracterului acid. Argumentaţi. 3. Se consideră compuşii organici cu caracter acid: CH3—CH2—OH (ka=10-17 mol/L); C6H5—OH (ka=1,3•10-10 mol/L), CH3—COOH (ka = 1,8•10-5 mol/L); HCl (ka = 107 mol/L). Indicaţi care dintre reacţiile de mai jos sunt teoretic posibile. Completaţi ecuaţiile reacţiilor posibile şi tăiaţi variantele incorecte. d) CH3—CH2—ONa + CH3—COOH a) C6H5—OK + CH3—CH2—OH b) CH3—COONa + HCl e) NaCl + CH3—COOH c) CH3—COOK + CH3—CH2—OH f) C6H5—ONa + CH3—COOH 4. Despre un compus organic A se cunosc următoarele informaţii: - are compoziţia procentuală de masă: 77,77% C, 7,4% H şi 14,81% O; - numărul atomilor de hidrogen din moleculă este cu o unitate mai mare decât numărul atomilor de carbon; - este un compus aromatic mononuclear. Marcaţi cu A (adevărat) afirmaţiile corecte referitoare la izomerii cu caracter acid care au formula moleculară a compusului A. a) Au formula moleculară C7H8O. b) Sunt patru izomeri cu caracter acid, un alcool şi trei fenoli. c) Trei izomeri reacţionează cu NaOH. d) Toţi izomerii cu această formulă moleculară au caracter acid. e) Fenolii sunt acizi mai tari decât izomerul alcool. f) Constantele de aciditate ale tuturor izomerilor cu caracter acid au valori foarte apropiate. 5. Două probe cu mase egale de soluţie de NaOH, de concentraţie 20%, reacţionează cantitativ una cu fenolul, iar cealaltă cu 3g de acid acetic pur. Calculaţi: a) masa unei probe de soluţie de NaOH; b) masa de fenol consumat. 6.

Aşezaţi compuşii organici din fiecare serie în ordinea creşterii caracterului acid. Argumentaţi.

a) A

b) A

B H2CO3

D HCl

D H2SO4 119

120

Fişa de laborator 3.2.1.

- fenol - acid acetic soluţie - Na2CO3 - HCl soluţie - NaOH - toluen - sodiu - hârtie de pH - eprubete - instalaţie pentru obţinerea gazelor

- acid acetic - Na2CO3 sau CaCO3 - HCl soluţie - acetat de sodiu - eprubete

B. Caracterul acid al fenolului

C. Caracterul acid al acidului acetic

a) Introduceţi într-o eprubetă câteva cristale de fenol şi 3 mL de apă. Agitaţi şi determinaţi pH-ul soluţiei cu hârtie de pH. b) Introduceţi într-o eprubetă câteva cristale de fenol şi 1-2mL de toluen. După dizolvare, adăugaţi o bucată mică de sodiu ştearsă de petrol. c) Într-o eprubetă, introduceţi câteva cristale de fenol şi 2-3 mL de apă. Agitaţi şi observaţi dacă toată cantitatea de fenol s-a dizolvat. Adăugaţi apoi o granulă de NaOH şi agitaţi. d) Împărţiţi soluţia de fenoxid de sodiu obţinută anterior în trei eprubete. În prima eprubetă barbotaţi CO2 obţinut din Na2CO3 şi HCl, în a doua adăugaţi 2 mL de soluţie de acid acetic şi în a treia 2 mL de etanol. a) Într-o eprubetă introduceţi 1 mL de acid acetic şi 3 mL de apă. Agitaţi şi determinaţi pH-ul soluţiei cu hârtie de pH. b) Introduceţi într-o eprubetă o spatulă de Na2CO3 sau CaCO3 şi apoi 2-3 mL de soluţie de acid acetic. Identificaţi gazul degajat introducând în eprubetă un băţ de chibrit aprins. c) Introduceţi într-o eprubetă o cantitate mică de acetat de sodiu şi adăugaţi 2-3 mL de soluţie de HCl. Mirosiţi.

a) pH-ul soluţiei de acid acetic este.................. b) Din reacţia se degajă ................ Acidul acetic ............. acidul carbonic din carbonaţi. c) Acidul acetic este ................ din sărurile sale de HCl.

a) pH-ul soluţiei apoase de fenol este ............. b) Fenoxidul de sodiu este ................ în apă. c) Fenolul este scos din fenoxidul de sodiu de .................. şi de ...................... şi nu este scos de .................... ........

Citiţi cu atenţie modul de lucru. Efectuaţi experimentele. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice. Completaţi spaţiile libere din rubrica 5. Notaţi şi alte aspecte observate. Reactivi şi Ecuaţia reacţiei Observaţii şi Experimentul Modul de lucru ustensile chimice concluzii 1 2 3 4 5 a) pH-ul soluţiei de etanol este A. Caracterul - etanol anhidru a) Cu ajutorul unei baghete, umectaţi o hârtie indicatoare b) Din reacţie se degajă ........... acid al - sodiu de pH cu o soluţie apoasă de etanol. etanolului - fenolftaleină b) Introduceţi într-o eprubetă uscată 2-3 mL de etanol Din hidroliza etoxidului de sodiu rezultă .............. Mediul - hârtie de pH anhidru, lăsaţi eprubeta în stativ şi priviţi de la distanţă. ......... este pus în evidenţă cu - eprubetă Introduceţi în eprubetă o bucată mică de sodiu proaspăt fenolftaleină care se ................ tăiată şi ştearsă de petrol. La sfârşitul reacţiei adăugaţi ......... 2-3 mL de apă şi câteva picături de fenolftaleină.

C himie clasa a XI-a

himie clasa a XI-a

Cuprins

Capitolul 1 COMPUŞI ORGANICI CU GRUPE FUNCŢIONALE 1.1. Clasificarea compuşilor organici....................................................................................................... 6 1.2. Compuşii halogenaţi........................................................................................................................ 10 1.3. Alcooli............................................................................................................................................. 14 1.4. Fenoli............................................................................................................................................... 16 1.5. Amine.............................................................................................................................................. 20 1.6. Compuşi carbonilici......................................................................................................................... 26 1.7. Compuşi carboxilici......................................................................................................................... 32 1.8. Derivaţi funcţionali ai acizilor carboxilici....................................................................................... 34 Capitolul 2 REACŢII ALE COMPUŞILOR ORGANICI 2.1. Reacţii ale compuşilor organici........................................................................................................40 2.2. Conversie şi randament....................................................................................................................47 2.3. Reacţii de halogenare........................................................................................................................51 2.4. Reacţii de alchilare...........................................................................................................................57 2.5. Reacţii de nitrare şi sulfonare ale compuşilor aromatici..................................................................64 2.6. Reacţii de hidrogenare şi reducere....................................................................................................69 2.7. Reacţii de polimerizare şi copolimerizare........................................................................................76 2.8. Reacţii de echilibru...........................................................................................................................81 2.9. Reacţii de esterificare........................................................................................................................90 2.10. Reacţii de hidroliză.........................................................................................................................95 2.11. Reacţii de condensare şi policondensare......................................................................................100 2.12. Reacţii de oxidare.........................................................................................................................106 Capitolul 3 ACIZI ŞI BAZE ORGANICE 3.1. Caracter acid, caracter bazic...........................................................................................................112 3.2. Compuşi organici cu caracter acid..................................................................................................115 3.3. Compuşi organici cu caracter bazic................................................................................................121 Capitolul 4 IZOMERIE OPTICĂ Izomerie optică.....................................................................................................................................128 Capitolul 5 COMPUŞI CU IMPORTANŢĂ BIOLOGICĂ 5.1. Aminoacizi......................................................................................................................................136 5.2. Proteine...........................................................................................................................................145 5.3. Monozaharide.................................................................................................................................149 5.4. Produşi de condensare ai monozaharidelor....................................................................................159 5.5. Acizi nucleici..................................................................................................................................168 Acţiunea poluantă a compuşilor organici.................................................................................................... 174 Exerciţii recapitulative.................................................................................................................................. 176 Răspunsuri...................................................................................................................................................... 183 Bibliografie..................................................................................................................................................... 183

184