Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ
ОДЕСЬКОЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Методичні вказівки
для самостійного вивчення матеріалу
з предмету: « Хімія”
для студентів І курсу всіх спеціальностей
ІІ семестр
Одеса - 2011
Виконавець: Девятьярова Л.І., викладач коледж, голова облметодоб’єднання викладачів хімії
Методичний посібник розроблений для виконання самостійних робіт з предмету «Загальна хімія» для студентів І курсу всіх спеціальностей. У даному посібнику розглядаються такі теми:
1. Багатоманітність органічних сполук.
Також після кожної теми входять: завдання для самостійної роботи, які допомагають закріпити краще теоретичний матеріал. Що надає можливість більш поглиблено вивчити даний курс предмету.
Розроблена для допомоги викладачам та студентам
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ
ОДЕСЬКОЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗАТВЕРДЖУЮ
Заст. директора з НР
___________В.І.Уманська
“____“___________2011 р.
Методичні вказівки
для самостійного вивчення матеріалу
з предмету: “Хімія”
для студентів І курсу всіх спеціальностей
ІІ семестр
Автор: Девятьярова Л.І.
РОЗГЛЯНУТО ТА СХВАЛЕНО
Предметною комісією хімічних дисциплін
Протокол №_________________________
Від “___“_____________________2011 р.
Голова комісії _____________ Швець Л.І.
Одеса - 2011
ЗМІСТ
1. Багатоманітність органічних сполук ………….………………………………….5
Основні види топлива, та їх значення в енергетиці, охорона довкілля.
Фізичні та хімічні властивості
Фізичні та хімічні властивості.
Властивості та добування.
Значення хімії, як науки і її роль у вирішенні глобальних проблем людства.
Самостійна робота № 6
Тема: Багатоманітність органічних сполук, їх класифікація та номенклатура.
Сполуки, що утворені Карбоном, називаються органічними сполуками. Нині відомо понад 10 млн. органічних сполук. Неорганічних речовин відомо лише близько 200 тис.
Атоми Карбону здатні сполучатися між собою, утворюючи молекули різноманітної форми: лінійні, розгалужені, короткі, довгі, ланцюги, кільця.
ê ê ê ê ê ê ê
– С – С – С – С – 2) – С – С – С –
ê ê ê ê ê ê ê
– С –
ê ê ê
– C – C – ê ê ê
ê ê 4) – C = C – C – C –
– C – C – ê ê ê ê
ê ê
В органічних сполуках крім Карбону містяться атоми Нітрогену, Оксигену, Гідрогену, галогенів, Сульфуру, Фосфору та ін.
Спільні та відмінні ознаки неорганічних і органічних сполук
Неорганічні сполуки
- Валентність більшості елементів у неорганічних сполуках змінна (Сульфур, Фосфор, Нітроген мають різну валентність).
- У неорганічних сполуках найрізноманітніші види хімічних зв'язків - іонний, ковалентний, металічний, водневий.
- Неорганічні речовини в основному тугоплавкі, стійкі до нагрівання.
- Використовуються в основному водні розчини (при хімічних реакціях).
- Реагуючи, утворюють осад, гази, змінюють забарвлення.
Органічні сполуки
- Якісний склад обмежений, кількісний значно багатший.
- Елементи органічних сполук виявляють значно менше валентних станів. Карбон, Гідроген, Оксиген мають сталі валентності.
- Переважно утворюють ковалентні зв’язки, іноді іонні.
- Кристалічні гратки молекулярні. Легкоплавкі, часто мають запах.
- Згоряють з утворенням води і вуглекислого газу.
- Здебільшого не розчиняються у воді.
- Реагують між собою повільно.
Спільні ознаки
Утворення і реакції органічних речовин відбуваються за тими самими законами, що й неорганічних речовин. Серед органічних сполук є розчинні у воді, електроліти (солі органічних кислот), є термостійкі. Органічні та неорганічні речовини об'єднує і те, що вони можуть взаємно перетворюватися.
Органічні речовини
Добуті з природних речовин: Виготовлені синтетичним шляхом:
нафта, природний газ, вугілля, пластмаси, синтетичні волокна,
деревина, цукор, крохмаль, льон, синтетичні каучуки, хімічні засоби
природний каучук, бавовна тощо. захисту рослин, лікарські препарати,
барвники, мило і миючі засоби тощо.
Класифікація органічних сполук
Зважаючи на величезну кількість органічних сполук, їх можна визначити лише за наявності чіткої класифікації, тобто впорядкованого розміщення по групам і класам. Для класифікації і утворення назв (номенклатури) в молекулах органічних сполук прийнято виділяти карбоновий скелет та функціональні групи.
Карбоновий скелет або ланцюг – це послідовність атомів карбону, хімічно зв’язаних між собою ковалентними неполярними зв’язками. Функціональні групи утворюють інші атоми (крім Гідрогену) або групи атомів, зв’язані з атомом Карбону.
Усі органічні сполуки, залежно від природи карбонового скелета, можна розділити на ациклічні та циклічні.
Ациклічні (нециклічні, ланцюгові) сполуки називають також аліфатичними або жирними. Їх молекули містять незамкнені (відкриті) ланцюги з атомів вуглецю. Ланцюги можуть бути прямими і розгалуженими.
Якщо всі зв’язки між атомами вуглецю в ациклічних сполуках одинарні, то такі сполуки називаються насиченими. До них належать, наприклад, етан СН3 – СН3 і етиловий спирт СН3 – СН2ОН.
Ациклічні сполуки, в молекулах, яких атоми вуглецю сполучені подвійними і потрійними зв’язками, є ненасиченими. Приклад ациклічної ненасиченої сполуки – етилен СН2 = СН2.
У циклічних сполуках атоми вуглецю та інші елементи замкнені в кільця (цикли). Якщо цикли містять тільки атоми вуглецю, то відповідні сполуки називають карбоциклічними. Деякі Карбоциклічні сполуки містять одинарні, подвійні або потрійні зв’язки вуглець – вуглець. Вони називаються ациклічними. Приклади ациклічних речовин:
циклопентан циклогексан
Особливу групу карбоциклічних речовин складають ароматичні сполуки, до складу їх молекул входять так звані бензольні кільця. Найпростішою ароматичною сполукою є бензол:
Крім атомів вуглецю в цикли можуть входити атоми інших елементів, наприклад азот, кисень, сірка. Сполуки побудовані з таких циклів, називаються гетероциклічними. Приклади таких сполук:
Номенклатура
Хімічна номенклатура – це система формул і назв хімічних речовин. Вона охоплює правила складання формул і назв.
Для того щоб дати розгалуженому вуглеводню назву необхідно виконувати такі правила:
Вибір найдовшого ланцюга;
Вбір замісника – замісник ланцюг;
Вказується місце групи атомів, що відгалужується (інакше – радикал);
Найдовший ланцюг атомів карбону нумерується, починаючи з того кінця, до якого ближче відгалуження;
Перед назвою вуглеводню зазначається цифрами місце радикалів та їх назва за алфавітом.
Приклади:
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6
СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН3 СН3 – СН – СН – СН – СН2 – СН3
ê ê ê ê
СН3 СН3 СН3 С2Н5
2- метилпентан 2,3 – диметил -4- етилгексан
Завдання для самостійної роботи.
С2Н4, С3Н8, С10Н22, С12Н24, С4Н8, С6Н6, С2Н2, С8Н18, С3Н6, С9Н20.
Самостійна робота № 7
Тема: Природні джерела вуглеводнів. Основні види палива, та їх значення в енергетиці, охорона довкілля.
Природні джерела вуглеводнів
Нафта, вугілля, природний газ
У природі вуглеводні зустрічаються переважно у вигляді природного газу, нафти, кам'яного вугілля. Є два способи використання цих горючих копалин. Один - у вигляді палива, як джерело енергії, другий - для подальшої переробки. Перший спосіб - це звичайне спалювання, другий - це органічний синтез. Природний газ, нафта, вугілля належать до невідновлюваних природних ресурсів. Ця обставина змушує раціонально експлуатувати природні родовища.
Природний газ
У природному газі містяться вуглеводні з низькою молярною масою. Основною складовою частиною його є метан, його масова частка там 80 — 90%. Крім метану у природному газі є 2 - 3% його гомологів - етану, пропану, бутану і невелика кількість домішок - сірководню, азоту, благородних газів, оксиду карбону (IV) і водяної пари.
Природний газ - цінне паливо, за своєю теплотворністю він перевершує всі відомі види палива. (При спалювання 1 м3 газу виділяється до 54400 кДж тепла.) Природний газ є також цінною хімічною сировиною. 3 нього добувають сажу, водень, ацетилен, хлорпохідні, синтез-газ.
Гази, супутні нафті
До природних газів належать і супутні гази, які розчинені у нафті, містяться над нею і виділяються під час її добування. Вони є сумішшю легких вуглеводнів, хоча на відміну від природного газу, в них менший вміст метану (до 40%), а більше його гомологів та інших газів.
Раніше попутний газ не знаходив застосування і під час добування нафти його спалювали факельним способом. Зараз його уловлюють і використовують як паливо, але головним чином як хімічну речовину.
Нафта
Склад і властивості нафти
Нафта - масляниста рідина темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом. Вона трохи легша за воду і практично не розчиняється у ній. За хімічним складом нафта є складною сумішшю вуглеводнів з різною молекулярною масою, головним чином рідких, з домішками інших органічних речовин, що містять азот, кисень і сірку. Звичайно це парафінові вуглеводні, циклоалкани, ароматичні сполуки, а також розчини неорганічних солей.
Нафту видобувають з надр Землі через свердловини. Сиру нафту звичайно не використовують. Щоб добути з неї цінні технічні продукти, іі піддають переробці.
Перегонка нафти
Первинна переробка нафти полягає в перегонці, тобто розділенні на різні продукти (фракції). Процес перегонки заснований на тому, що різн1 фракції нафти мають різну температуру кипіння.
Вуглеводневі фракції, які добувають при перегонці нафти
|
Фракція |
Розміри молекул |
Інтервал температур кипіння компонентів (°С) |
Застосування |
|
Бензин |
С5 – С11 |
Від 40° до 200° С |
Моторне, авіаційне і автомобільне паливо. Розчинник масел. |
|
Лігроїн |
С8 – С14 |
Від 120° до 240° С |
Пальне для тракторів, розчинник у лакофарбовій промисловості. |
|
Гас |
С12 – С18 |
Від 180° до 300° С |
Пальне для реактивних і тракторних двигунів. |
|
Газойль |
С18 – С25 |
Від 270° до 350° С |
Пальне для дизелів, котельне паливо. |
|
Мазут |
Від С20 і вище. Залишок перегонки. |
Від 300° С і вище |
Мастила, парафін, вазелін, котельне рідке паливо, гудрон. |
На виробництві перегонка здійснюється у ректифікаційній колоні. При перегонці нафти ніяких хімічних змін із продуктами не відбувається.
Пари бензину
Схема трубчастої установки безперервної перегонки нафти:
1 - трубчаста піч;
2 - ректифікаційна колона;
3 - холодильник.
Крекінг нафтопродуктів.
Для підвищення виходу бензину і поліпшення його якості застосовують процес, який називається крекінгом (від англ. «cracking» - розщеплення). В результаті крекінгу нарозгалужені сполуки перетворюють у більш розгалужені молекули. Відбувається також розщеплення важкокиплячих фракцій (гасової) у сполуки з меншою молекулярною масою, які придатні як автомобільне паливо.
Наприклад:
С6Н34 → С8Н18 + С8Н18
гексадекан октан октан
С8Н18 → С4Н10 + С4Н8
октан бутан бутен
С4Н10 → C2Н6 + С2Н4
бутан етан етен
Такі реакції зумовлюють утворення газоподібних речовин. Таким чином, крекінг це процес розкладу вуглеводнів нафти на більш леткі речовини. Крекінг дає можливість значно підвищити вихід бензену. Крім рідких продуктів (бензин), при термічному крекінгу виділяється велика кількість газів, які використовуються як сировина в хімічній промисловості. Приблизний склад газів термічного крекінгу такий:
Приблизний склад газів термічного крекінгу такий:
Метан і його гомологи – 40%
Етилен – 27 %
Пропілен – 16%
Бутен та інші – 10%
Водень – 7%
Застосовують термічний і каталітичний крекінг. Термічний проводять при високій температурі (450 - 600°С) і підвищеному тискові. Каталітичний крекінг проводять за наявності каталізаторів (переважно алюмосилікатів) при 450°С і атмосферному тиску.
Кам'яне вугілля
Кам'яне вугілля, як і нафта, неіндивідуальна речовина. До його складу входять вільний вуглець (до 10%),органічні речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, мінеральні речовини. Вугілля використовується як паливо, а також в хімічній промисловості.
При хімічній переробці вугілля вилучається величезна кількість цінних речовин. Внаслідок нагрівання до 1000° С без доступу повітря вугілля перетворюється на кокс. Цей продукт на 96 - 98% складається з вуглецю. Застосовується в металургії.
Коксування - це нагрівання кам'яного вугілля без доступу повітря до 1000° С. У результаті утворюється кокс, кам'яновугільна смола і коксовий газ. Кам'яновугільна смола і коксовий газ переробляються на коксохімічних заводах.
На основі продуктів, виділених із кам'яновугільної смоли, виникли цілі галузі хімічної промисловості - виробництво синтетичних барвників, лікарських препаратів, засобів захисту рослин, вибухових речовин тощо. Отже, кам'яне вугілля - цінна хімічна речовина.
Вуглеводнева сировина та охорона довкілля
Життя людини пов'язане зі спалюванням горючих речовин у побуті, на транспорті, у промисловості. Існує ряд проблем, пов'язаних з цим.
Поглинання і випромінювання енергії діоксидом карбону та іншими речовинами
створює парниковий ефект. Посилення цього ефекту може мати згубні наслідки (глобальне підвищення температури та у зв'язку з цим зміна клімату).До цього може призвести підвищення концентрації вуглекислого газу за рахунок спалювання горючих речовин. Останнім часом вміст вуглекислого газу зростає.
В результаті переробки і використання горючих корисних копалин атмосфера забруднюється шкідливими речовинами. Такими, як оксид карбону (II) СО, оксид сульфуру (IV) SО2(утворюється з сірки, яка є в бензині, вугіллі), метан СН4, сірководень Н2S, оксиди нітрогену N0 і NO2 та ін.
Щоб позбутися шк1дливих забруднень, треба:
1) ощадливо використовувати паливо, пальне;
2) вилучати з палива сірку;
3) створювати умови повного згоряння вугілля та бензину;
4) уловлювати відходи після згоряння палива за допомогою фільтрів;
5) використовувати альтернативні джерела енергії.
Завдання для самостійної роботи.
Скласти реферат, кросворд або доповідь на теми: «Природні джерела вуглеводнів», «Основні види палива, та їх значення в енергетиці»,
«Вуглеводнева сировина та охорона довкілля»
Самостійна робота № 8
Тема: Феноли, їх характеристика, фізичні та хімічні властивості, добування та застосування.
Феноли
Феноли - ароматичні сполуки, до складу молекул яких входять гідроксильні групи, зв'язані з ароматичним ядром.
ОН
ОН
СН3
Фенол о-крезол
(одноатомні феноли)
ОН
ОН
НО
Пірогалол (трьохатомний фенол)
ОН
ê
ОН
Гідрохінон (двоатомні феноли)
Будова фенолу
ОН – група, зв’язана з ароматичними радикалом (феніл). p - система бензольного кільця втягує неподілені електрони Оксигену. Це приводить до збільшення полярності зв’язку О¬Н, за рахунок чого фенол набуває властивості слабкої кислоти (карболової). Також у бензольному ядрі підвищується електронна густина у положеннях 2,4,6, де і відбувається зміщення атомів гідрогену.
Фізичні властивості
Тверда, кристалічна речовина (tпл 42°С). Червоніє на повітрі через окиснення. За кімнатної температури погано розчинний у воді, при 60°С у будь-яких співвідношеннях, отруйний.
Хімічні властивості фенолу
Обумовлені гідроксильною групою – ОН
Зростає кислотність групи ОН. Фенол – слабкіша кислота, ніж Н2СО3 і Н2S, але сильніша, ніж алканоли.
Взаємодія з активними металами з утворенням фенолятів
2С6Н5ОН + 2Na → 2C6H5ONa + H2
Взаємодія з лугами (відмінність від одноатомних спиртів)
2С6Н5ОН + 2NaОН → 2C6H5ONa + H2О
Феноляти розкладаються слабкими кислотами
C6H5ONa + СО2 + Н2О ® C6H5OН + NaНСО3
Якісна реакція на фенол
3C6H5OH + FeCI3 ® [C6H5O]3Fe + 3HCI
фіолетовий розчин
ферум (ІІІ) феноляту
Обумовлені бензольним ядром
Внаслідок зростання густини у кільці полегшується атака кільця частинками, що мають дефіцит електронів (електрофіли). Реакції електрофільного заміщення.
ОН
+ЗНВг
Взаємодія з бромною водою
Взаємодія з нітратною кислотою (нітрування)
С6Н5ОН + НNO3 C6H5NO2 + H2O
Добування
Із кам’яновугільної смоли
С6Н6 С6Н5СІ С6Н5ОН
Застосування
1. У медицині як антисептик (карболка).
2. Виробництво фенолформальдегідних пластмас
3. Виробництво барвників, лікарських речовин вибухових речовин.
Охорона довкілля
Від промислових відходів, що містять фенол (промислові відходи коксохімічного виробництва). Фенол згубно діє на флору і фауну; у людини викликає опіки і отруєння.
Методи очистки відходів від фенолу
1. Каталітичне окислення газів, що містять фенол.
2. Виділення фенолу розчинниками.
3. Обробка озоном.
4. Біохімічний метод.
Завдання для самостійної роботи.
1. Назвати речовини, що мають такі формули:
СН3СІ, С6Н5СІ, С6Н5ОН, С2Н5ОН, С6Н5СН3.
2. Здійснити перетворення:
СН4 → С2Н2 → С6Н6 → С6Н5СІ → С6Н5ОН → С6Н5СН3
3. Який об’єм водню виділиться в результаті взаємодії 2,3 г натрію з надлишком фенолу (н.у)?
4. Скільки фенолу можна добути з 156 кг бензолу, якщо виробничі втрати становлять 10%?
5. Зобразити структурні формули ізомерних ароматичних сполук складу:
а) С6Н6О2; б) С7Н8О. Назвати їх. Які з них належать до фенолів? Чому?
6. На основі теорії будови органічних речовин передбачити хімічні властивості сполуки, формула якої С6Н5 – СН2 – ОН. Написати відповідні рівняння реакцій.
7. На нейтралізацію суміші фенолу з етанолом витратили розчин об’ємом 50 мл з масовою часткою натрій гідроксиду 18 % і густиною 1,2 г/мл. Така маса суміші прореагувала з металічним натрієм масою 9,2 г. Визначити масові частки фенолу та етанолу у суміші.
8. Дописати рівняння реакцій, назвати речовини: С6Н5ОН + NaОН →
9. Пояснити екологічні проблеми, що виникають при виробництві фенолу.
10. Написати рівняння реакцій бромування фенолу і бензолу. Пояснити відмінність на основі електронної теорії.
11. З якими з цих речовин: їдкий натр, сода, бромна вода, нітратна кислота – реагуватиме фенол? Скласти рівняння реакції, назвати продукти.
12. У фенолу чи етанолу більше появляються кислотні властивості? Відповідь обґрунтувати рівнянням реакцій.
13. Як проявляється взаємний вплив гідроксогрупи і бензольного циклу в молекулі фенолу? Відповідь підтвердити рівняннями реакцій.
14. Який об’єм водню виділиться при взаємодії фенолу з 5,75 г натрію?
15. Що відбудеться, якщо крізь розчин натрій феноляту пропустити сірчистий газ? Скласти рівняння реакції.
16. Дати порівняльну характеристику фенолу і бензолу. Що спільного і відмінного:
а) в їх будові; б) властивостях? Відповідь підтвердити рівняннями реакцій.
17. Як у лабораторних умовах добути фенол, якщо вихідною речовиною є ацетилен та інші необхідні речовини?
18. Під час взаємодії розчину фенолу у бензолі (масова частка фенолу 20%) з металічним натрієм добули водень , який повністю прореагував з бутадієном масою 5,4 г. Визначити масу розчину фенолу у бензолі.
Самостійна робота № 9
Тема: Целюлоза, її склад, фізичні та хімічні властивості, добування та застосування.
Целюлоза – природний полімер (полісахарид). Склад і будова молекул: (С6Н10О5)П молекулярна формула.
У целюлозі молекули мономерів сполучені в молекули полімерів за допомогою оксигенових містків.
Целюлоза має переважно лінійну структуру макроструктуру; значення n-400000.
Фізичні властивості
Целюлоза – біла волокниста речовина, нерозчинна ані у воді, ані в органічних розчинниках.
Поширення в природі
Утворюється в процесі фотосинтезу. Є основною складовою частиною оболонок рослинних клітин. Найбільше її у волокнах бавовни (до 98 %), льону та коноплі. У деревині целюлози 50 %.
Хімічні властивості
Гідроліз відбувається ступінчасто до глюкози:
(С6Н10О5)n + nН2О ® nС6Н12О6
(С6Н10О5)n ® (С6Н10О5)m ®С12Н22О11®С6Н12О6
Крохмаль ® декстрини ® мальтоза ® глюкоза
(суміш декстринів з глюкозою – патока)
Повне окиснення до вуглекислого газу і води:
(С6Н10О5)n + 6n О2 ® 6n СО2 + 5n Н2О + Q
При нагріванні деревини без доступу повітря утворюються метан, метанол, ацетон, оцтова кислота та інші речовини.
Целюлоза завдяки наявності в молекулі спиртових гідроксильних груп із кислоти утворює складні ефіри:
[С6Н7О2(ОН)3]n + 3n HNO3 ® [C6H7O2(NO2)3]n + 3n H2O
тринітроцелюлоза
O – CO – CH3
[С6Н7О2(ОН)3]n + 3n CH3COOH ® C6H7O2 – O – CO – CH3 + 3n H2O
O – CO – CH3
n
триацетат целюлози
Застосування
У складі деревини – у будівництві.
У складі волокон (льон, бавовна) – для виготовлення тканин, ниток.
Виготовлення паперу.
Добування етанол, а з нього – каучук.
Ефіри використовуються для виробництва штучних волокон, кіноплівки, нітролаків, пороху.
Добування штучних волокон
Вихідним полімером для добування штучних волокон беруть целюлозу деревини або бавовняний пух, що залишився на насінні, після того, як з нього зняли волокна. Така целюлоза має невпорядковану структуру. Для того, щоб лінійні молекули полімеру впорядкувати вздовж осі волокна, треба зробити їх рухомими. Це можливо лише під час розчинення целюлози, оскільки під час розплавлення вона розкладається. Користуються різними розчинниками целюлози, і тому існує три способи добування штучного волокна.
1. Основний спосіб - ацетатний. Целюлозу обробляють оцтовим альдегідом в присутності Н2SО4. Добутий ацетат розчиняють у суміші дихлоретану і етанолу. Утворюється в'язкий розчин, який крізь тонкі отвори (фільєри) продавлюють в гарячу суху камеру; розчинник випаровується, а ацетат целюлози утворює нитки. Ацетатний шовк міцний, м'який, менше зсідається під час прання. Але гірше вбирає вологу, тому поступається природному волокну за гігієнічними якостями.
2. Віскозний спосіб - целюлозу обробляють спочатку NaOH, а потім СS2 і добувають віскозу (лужний розчин ксантогенату целюлози). Віскозу пропускають крізь фільєри у розчин Н2SО4 або NаНSО4, де ксантогенат гідролізує з утворенням целюлози у вигляді волокон.
3. Мідно-аміачний спосіб - целюлозу розчиняють у реактиві Швейцера (розчин Сu(ОН)2 у NН3) і розчин пропускають крізь фільєри у теплу воду зі слабкою Н2SО4. При цьому мідно-аміачна сполука целюлози гідролізує з утворенням целюлози у вигляді волокон.
3 хімічної точки зору, ацетатний шовк відрізняється від віскозного та мідно-аміачного тим, що він є складним ефіром целюлози, тоді як інші види шовку є вільною целюлозою. Найдорожчий - ацетатний шовк. Найдешевший - віскозний шовк.
Завдання для самостійної роботи.
1. До якої групи вуглеводнів належить целюлоза? Дати пояснення, написати молекулярну формулу.
2. Чим відрізняється будова крохмалю від будови целюлози? Відповідь обґрунтувати.
3. Здійснити перетворення: целюлоза → бутадієн – 1,3
4. Написати рівняння реакцій добування: тринітроцелюлози та триацетилцелюлози. У яких галузях використовуються ці речовини?
5. Визначити масову частку нітрогену в тринітроцелюлозі.
6. Масова частка целюлози у деревині 50 %. Яку масу спирту можна добути з глюкози, яка утворюється при гідролізі деревних ошурок масою 810 кг? Вихід етанолу становить 70%, а спирт виділяється у вигляді розчину з масовою часткою води 8%.
7. Молекулярна маса целюлози у лляному волокні приблизно 6 ∙ 106. Визначити число n в молекулі целюлози.
8. Складіть рівняння реакцій утворення: а) динітрату целюлози; б) триацетату целюлози.
9. Чому з целюлози можна одержати штучне волокно, а із крохмалю – ні? Чим відрізняються: а) волокно природне й хімічне; б) волокно природне і синтетичне?
10. Як і навіщо білизну під час прання рекомендують крохмалити? Які продукти утворюються в процесі заварювання крохмального клейстеру?
11. На одному із заводів протягом доби з відходів деревини одержали 50 тон 96%-го етанолу. Обчисліть об’єм вуглекислого газу, що виділився.
12. У процесі життєдіяльності людство використовує надзвичайно багато кисню повітря, виділяючи замість нього вуглекислий газ. Чому склад атмосфери лишається приблизно сталим? Як відбувається в природі кругообіг Карбону і Оксисену?
Самостійна робота № 10
Тема: Амінокислоти, як амфотерні органічні сполуки, властивості та застосування.
Амінокислоти – органічні сполуки, які містять одночасно аміногрупу – NH2 і карбоксильну групу – СООН.
Загальна формула: NH2 – R – COOH.
Номенклатура
NH2 – СН2 – СООН – амінооцтова кислота (гліцин)
СН3 – СН(NH2) – СООН – a - амінопропінова кислота (аланін)
СН2(NH2) – (СН2)3 – СН(NH2) – СООН – лізин
СН3 – СН(СН3 ) – СН(NH2) – СООН – валін
СН3 – СН(СН3 ) – СН2 – СН(NH2) – СООН – лейцин
НСОО – (СН2)2 – СН(NH2) – СООН – глютамінова
С6Н5 – СН2 – СН(NH2) – СООН – фенілаланін
НО – СН2 – СН(NH2) – СООН – серин
НS – СН2 – СН(NH2) – СООН – цистеїн
Ізомерія
Залежно від взаємного розміщення карбоксильної та аміногрупи розрізняють a-, b-, g-, e- амінокислоти.
У природі найбільш поширені a- амінокислоти, з яких побудовані макромолекули білків.
g b a
СН3 – СН – СН2 – СООН
ê
NH2
b - аміномасляна кислота
Фізичні властивості
Безбарвні кристалічні речовини з tпл ñ 250 оС, добре розчинні у воді.
Хімічні властивості
Під час розчинення у воді утворюють біполярні іони.
O O
R ¤¤ R ¤¤
CH – C « CH – C
NH2 OH NH3+ O-
Мають амфотерні властивості:
1. Як кислоти реагують з металами, оксидами металів, лугами і спиртами.
H2N – CH2 – COOH + NaOH ® H2N – CH2 – COONa + H2O
Сіль
H2N – CH2 – COOH + СН3ОН ® H2N – CH2 – COOСН3 + H2O
Естер
2. Як основи реагують з кислотами, утворюючи солі.
H2N – CH2 – COOН + HСІ ® [Н3N – СН2 - СООН]+ СІ-
3. Реагують між собою за допомогою пептидних зв’язків утворюючи пептид.
O H
êê ê – С – N –
О H O H
¤¤ ê êê ê
Н2N – СН2 – С + Н – N – CH2 – COOH → H2N –CH2 –C –N–CH2 – COOH + H2O
дипептид
ОН
Добування
Гідролізом білків.
З карбонових кислот.
СН3СООН + СІ2 ® СН2 – СООН + НСІ
Оцтова кислота ê
СІ
Хлороцтова кислота
СН2 – СООН + NН3 → CH3 – COOH + HCI
ê ê
СІ NH2
Амінооцтова кислота
Застосування
У складі білків харчових продуктів людина отримує всі необхідні амінокислоти.
У медицині для харчування тяжкохворих і як ліки.
З амінокапронової і аміноенантової кислот добувають синтетичні волокна – капрон і енант.
Завдання для самостійної роботи.
1. Чим обумовлена ізомерія амінокислот? Навести формулу ізомеру 2–амінопропанової кислоти.
2. Скласти рівняння реакції утворення дипептиду з таких амінокислот:
NH2 – CH2 – COOH та NH2 – CH2 – CH2 – COOH
3. Скільки грамів феніаміну (С6Н5NH2) можна добути з нітробензолу масою 123 г, якщо вихід продукту складає 95%.
4. Зобразити структурні формули амінокислот складу С4Н9О2N і назвати їх.
5. Скласти рівняння реакції взаємодії - аланіну з : хлоридною кислотою, амоніаком, натрій гідроксидом, метанолом.
6. Амінооцтову кислоту добули з оцтової кислоти масою 24 г з виходом 60%. Який об’єм розчину з масою часткою натрій гідроксиду 15% і густиною1,16 г/мл потрібний для нейтралізації аміооцтової кислоти.
7. Визначити формулу складного ефіру амінооцтової кислоти, в якому масова частка оксисену становить 36%.
8. Які речовини називають амінокислотами?
9. На які групи поділяються амінокислоти?
10. Які амінокислоти називають незамінними?
11. Які типи реакції характерні для амінокислот?.
Самостійна робота № 11
Тема: Хімія та побут: побутові хімікати. Значення хімії, як науки і її роль у вирішенні глобальних проблем людства.
Значення хімії у створенні нових матеріалів
І. Металічні матеріали
1. Традиційні сплави: на основі заліза - чавун і сталь; на основі міді - латунь і бронза; на основі алюмінію - дюралюміни і силуміни тощо.
2. Нові - металокераміка (композити).
ІІ. Неметалічні матеріали
1. Традиційні полімери на основі фенолформальдегідних смол, поліетилену, полівінілхлориду, фторопластів тощо.
- Нові композити, що складаються з пластичної матриці та наповнювача: норпласти (наповнені органічні полімери) і піни (газонаповнені матеріали).
2. Традиційні каучуки та матеріали на їх основі - бутилкаучук, фторкаучук тощо.
- Нові - гумоволокнисті композитні матеріали: на основі еластомерів, наповнених поліамідними, скляними, азбестовими та металевими волокнами.
3. Традиційна кераміка (глина): порцеляна, фаянс, цегла тощо.
- Нові - кермети: кераміко-металічні матеріали.
4. Скло (білий пісок SiO2, сода Nа2СО3, вапняк СаСО3): звичайне віконне, кришталеве, тугоплавке; скляні волокна, скловата; склокристалічні матеріали (ситали)
5. Цемент, бетон, залізобетон (глина, вапняк): пластобетони, в яких як в'яжучий матеріал використовують органічні полімери.
6. Графіт.
7. Волокна: природні, штучні та синтетичні.
Нові методи добування матеріалів
1. Порошкова металургія займається створенням матеріалів, які неможливо добути методами плавки та виготовленням традиційних матеріалів за вигіднішими техніко-економічними показниками виробництва.
2. Нові методи добування композитів:
- на основі боридів металів (відновлення оксидів металів бором у вакуумі та карбідом бору);
- освоєно метод прямого синтезу силіцидів з металу та силіцію;
- освоєно безпосереднє відновлення оксидів металів силіцієм.
Значення хімії у розв'язанні сировинної проблеми
Природні ресурси
Відновні ресурси: вода, повітря, родючий грунт, рослини, тварини.
Завдання: слідкувати, щоб ці ресурси витрачались повільніше, ніж вони утворюються внаслідок природних процесів.
Невідновні ресурси: метали, газ, вугілля, нафта та інші.
Завдання: заміна, повторне використання, повторна переробка, подовження строків експлуатації.
Сировинна проблема - наслідок виснаження природних ресурсів.
Завдання хімії у розв'язанні сировинної проблеми
1) Розвідування і застосування дешевої сировини; місцевої сировини; нових видів альтернативних сировинних матеріалів. Наприклад, майже невичерпним джерелом сировини є промислові та побутові відходи.
2) Комплексне використання сировини. Наприклад, залізні руди містять мідь, цинк, ванадій, кобальт, тому необхідні технології селективного вилучення металів з руд.
3) Розробка нових ефективних методів рециркуляції сировини. Наприклад, метали використовуються у вигляді вторинної сировини (скрапу). Така утилізація металу дозволяє добувати 50% сталі, 70% срібла, 30% міді.
4) Використання відходів як сировини. Наприклад, добування металів з відвалів.
5) Подовження строків експлуатації металів.
Наприклад, створення антикорозійних покриттів та сплавів, стійких до корозії.
6) Заміна традиційних матеріалів новими.
Наприклад, стальні труби - пластиковими; кераміка - створення нового покоління двигунів.
7) «Зелена» хімія. За допомогою біотехнологій для хімічного синтезу використовувати органічні речовини рослин (найперспективніша - кукурудза) та побутові відходи, що містять целюлозу.
Значення хімії у розв'язанні енергетичної проблеми
1. Традиційні джерела енергії: вугілля, нафта, природний газ, торф, сланці, деревина.
- Хімічні методи вилучення в'язкої нафти, значна частина якої залишається в землі.
- Добування штучного рідкого палива з вугілля шляхом його гідрогенізації.
- Використання енергозберігаючих технологій.
2. Воднева енергетика: ґрунтується на спалюванні водню. Переваги: не утворюють шкідливі викиди. Проблеми: дороге добування водню, недостатньо надійні засоби його зберігання і транспортування.
3. Ядерна енергетика. Переваги: вивільняє значну кількість органічного палива (кількість енергії, що виділяється під час радіоактивного розпаду 1 г урану - 235,
еквівалентна енергії, що виділяється під час згоряння 2200 л нафти чи 2,7 т вугілля.). Проблеми: забруднення довкілля радіоактивними відходами; складності у забезпеченні безпечності у роботі ядерних реакторів.
4. Геліоенергетика: ґрунтується на перетворенні енергії Сонця. Здійснюється в різних процесах:
а) теплотехнічних (сонячне нагрівання);
б) фотоелектричних (перетворення сонячної енергії в електричну за допомогою напівпровідників);
в) фітобіологічних і фотохімічних (фотосинтез, використання фотохімічних реакцій).
Подальші успіхи геліоенергетики залежать від тих матеріалів, які запропонують хіміки для перетворення енергії.
5. Нетрадиційні джерела енергії (перспективні):
- метанове бродіння побутових відходів, гною;
- американці розробили біотехнологію добування паливного спирту з кукурудзяного крохмалю за допомогою мікроорганізмів: «крохмаль ® глюкоза → спирт». Добутий спирт додають до бензину (до 10%) і отримують газолін. Це підвищує октанове число, тому не треба додавати тетраетилсвинець, а у вихлопних газах помітно зменшується вміст шкідливих домішок.
- Вітроенергетика (ВЕС) - засновник Ю.Кондратюк (1931 р., м.Севастополь, ВЕС потужністю 100 кВт працювала 10 років).
- Гідроенергетика (морська) - перетворює енергію морського прибою.
Хімія у повсякденному житті
1. Мийні засоби:
а) мила тверді і рідкі;
б) СМЗ - універсальні, комплексні, з відбілювачем, для окремих видів тканин;
в) пом'якшувачі тканин, засоби для антистатичної обробки, апретурні засоби (підкрохмалення, водо- та брудовідштовхуючі властивості);
г) засоби чищення - з абразивами; розчинниками жирів у холодній воді; кислотою для видалення іржі; дезинфікуючими засобами; дезодорантами;
д) для видалення плям.
Новинка у галузі твердих СМЗ - таблетки. Вони легко дозуються, мають малий об'єм і високу густину, не розпилюються під час користування.
2. Засоби догляду за підлогою (мастики) та меблями (поліролі).
3. Засоби для чищення та миття вікон і дзеркал з добавками проти запотівання та обмерзання.
4. Фарби, оліфи, розчинники, емалі, грунтовки, герметики, шпатльовки тощо.
5) Великий асортимент клеїв, які діють за допомогою або електростатичних сил, або сил хімічного зв'язку:
а) нітроцелюлозні (суперцемент);
б) полівініллацетат (ПВА);
в) перхлорвінілові (МЦ-1);
г) фенолформальдегідні (БФ);
д) каучукові (гумовий);
е) епоксидні (ЕПО);
є) клеї природного походження (казеїновий, кістковий).
6) Засоби гігієни та парфумерно-косметичні препарати.
7) Засоби боротьби з комахами, гризунами.
8) Хімічні засоби захисту рослин.
9) Засоби догляду за автомобілем.
10) Засоби догляду за взуттям.
11) Канцелярське приладдя (чорнила, туш, фарби, ластики тощо).
12) Медичні препарати та засоби догляду за хворими.
13) Хімічні процеси в харчовій промисловості.
Хімія та екологія
Основні джерела забруднення довкілля
1) Спалювання органічних енергоносіїв та вихлопні гази автомобілів - СО2 (парниковий ефект); СО; РЬ - від 30% до 50% забруднень у повітрі.
2) Теплоенергетика - гази (кислотні дощі) та тверді відходи - попіл, шлаки, «хвости» вуглезбагачення (вони «димлять», викидають пил в атмосферу).
3) Кольорова та чорна металургія – SО2, NО (кислотні дощі); величезні земельні площі займають шлаки.
4) Атомна промисловість, ядерна енергетика, випробування атомних бомб підвищують рівень радіації.
5) Мінеральні добрива - леткі сполуки Нітрогену в повітрі, частина добрив потрапляє до водойм.
6) Відходи тваринництва забруднюють водойми і повітря.
7) Стічні води - очищення на 50%, половина бруду - розчинні у воді речовини.
8) Підприємства будматеріалів - цементний пил.
9) Кар'єри, де добувають корисні копалини, - великі площі, вкриті шаром пилу завтовшки близько 0,5 м, надовго втрачають родючість.
10) Фреони знищують озоновий шар в атмосфері.
Хімія – головна сила у боротьбі за чистоту природи
1. Створення виробництв, які наближаються до природних колообігів речовин - маловідходних та безвідходних.
2. Використання фільтрів та пилогазовловлювачів, які зменшують викидання шкідливих речовин в атмосферу.
3. Розробка методів утилізації шлаків (виготовлення цементу, цегли, плитки, для покриття доріг і фосфорних добрив).
4. Розробка способів утилізації синтетичних матеріалів і створення нових полімерів, які б розкладалися у природі.
5. Створення замкнених (безстічних) технологічних систем, завдяки яким використана вода очищується і знову повертається у виробництво.
6. Вдосконалення очисних споруд для води: електродіаліз; обернений осмос; біохімічне очищення.
Значення хімії для розуміння наукової картини світу
Хімія визначає речовини, їх склад, будову, властивості, застосування, а також хімічні реакції закономірності їх протікання, синтез нових матеріалів тощо. Ці значення складають наукову картину хімічної реальності.
Хімічні, фізичні та біологічні знання у своїй сукупності дають змогу зрозуміти сучасну наукову картину світу - загальні властивості та закономірності природи.
Роль хімії в житті суспільства
Пояснити значення таких термінів: смог; кислотні дощі; озонові дірки в атмосфері; парниковий ефект; ядерна зима; екологічний моніторинг.
Смог
Хімічні реакції, що відбуваються у повітрі, призводять до виникнення димних туманів - смогів. Смоги виникають за таких умов: велика кількість пилу і газів, які міста викидають у повітря; тривале існування антициклонів, коли забруднювачі нагромаджуються у приземному шарі атмосфери.
Смоги бувають такі:
1. Вологий смог характерний для країн з морським кліматом, де дуже часті тумани.
2. Сухий смог утворює не туман, а синювату імлу.
3. Льодяний смог виникає в Арктиці та Субарктиці за низьких температур в антициклоні.
Кислотні дощі
Оксиди сульфуру і нітрогену, що потрапляють в атмосферу внаслідок роботи ТЕЦ, автомобільних двигунів, металургійних виробництв, сполучаючись з вологою, утворюють дрібні крапельки сульфатної та нітратної кислот, які переносяться вітрами – у вигляді кислотного туману і випадають на землю кислотними дощами або інколи кислотним снігом. Ці дощі справляють шкідливу дію на довкілля.
1) Врожайність знижується внаслідок ушкодження листя кислотами.
2) Спричиняють вимивання з грунту кальцію, калію, магнію, що викликає деградацію фауни та флори.
3) Деградують та гинуть ліси (особливо кедр, бук, тис).
4) Отруюється вода озер і ставків, в яких гине риба (лосось, форель тощо) і численні види комах.
5) Зникнення комах у водоймах призводить до щезання птахів і тварин, які ними живляться.
6) Зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів.
7) Різко прискорюється руйнування пам'ятників архітектури, житлових будинків, що оздоблені вапняком, мармуром.
8) Вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричиняє захворювання дихальних шляхів, подразнення очей тощо.
Озонові дірки в атмосфері
На висоті 20 - 50 км повітря містить підвищену кількість озону (О3). Цікаво, що озону в цьому шарі міститься дуже мало, він би утворив шар завтовшки 2-3 мм. Незважаючи на малу густину, озоновий щит надійно захищає все живе від дії УФ-променів. Виявлене різке зменшення шару озону над Антарктидою - своєрідна «озонова дірка». Вміст озону над Антарктидою дедалі зменшується, межі «озонової дірки» розширюються в бік Австралії, Південної Америки та Африки. Найбільших розмірів дірка досягає у жовтні (арктична весна), а потім вона зменшується. Щодо причин цього явища є такі припущення:
1) взаємодія оксидів нітрогену з озоном;
2) реакція антропогенного хлору з озоном.
Виявлено озонову дірку менших розмірів і у Північній півкулі (над Шпіцбергеном). Зниження вмісту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв, збільшенням шкідливих мутацій, зростанням захворювань на рак шкіри та катаракту очей.
Парниковий ефект
У земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло у парнику: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі. Це викликає розігрівання планети, відоме під назвою «парникового ефекту». Постійне збільшення кількості спалюваного органічного палива призводить до підвищення концентрації СО2 в атмосферному повітрі (на початку XX ст. - 0,029%, сьогодні - 0,034%). Прогнози показують, що до середини XXI ст. вміст СО2 подвоїться, що призведе до різкого посилення парникового ефекту, і температура на планеті підвищиться. Виникнуть ще дві небезпечні проблеми: швидке танення льодовиків в Арктиці та Антарктиці і підняття рівня Світового океану. Такі зміни супроводжуватимуться змінами клімату, які навіть важко передбачити.
Ядерна зима
Вчені багатьох країн світу провели на ЕОМ моделювання наслідків термоядерної війни, яке отримало назву «ядерної зими». У перший день війни в Північній півкулі (тут мешкає 85% населення світу) в атмосферу піднімається 300 млн тонн диму і пилу. Протягом тижня на поверхню планети доходитиме 1% сонячного світла, а протягом наступних трьох тижнів - не більш ніж 10% . Вміст озону зменшиться на 50%, що збільшить надходження УФ-променів у смертельних для людини дозах. Якщо вона відбудеться влітку, то літо перетвориться на зиму, оскільки температура знизиться на 20°-30°С. Низька температура утримуватиметься кілька місяців, що викличе загибель урожаю і більшості рослинного покриву Землі. Загибель рослинності та тварин, радіоактивне забруднення, вихід з ладу енергетичних систем і зв'язку, лютий мороз і ніч, ураганні вітри викличуть такий психологічний шок, який людство не зможе пережити. Таким чином, локальний ядерний конфлікт спричинить глобальну загибель людства.
Екологічний моніторинг
Екологічний моніторинг середовища - це комплексна система спостережень, оцінки й прогнозу змін стану біосфери або її окремих елементів під впливом людської діяльності чи природних факторів.
Завдання для самостійної роботи.
1. Назвіть основні причини виникнення сировинної проблеми?
2. Назвіть основні причини виникнення енергетичної проблеми?
3. Вивести формулу оксиду і назвати його, якщо відомо, що масова частка нітрогену в ньому становить 30,4 %, а відносна густина за повітрям складає 1,59.
4. Назвіть основні завдання бережливого і раціонального використання сировини?
5. У чому полягає сировинна проблема?
6. Розкрити значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми.
7. Яке хімічне явище лежить в основі такої хімічної проблеми, як кислотні дощі?
8. Яке хімічне явище лежить в основі такої хімічної проблеми, як парниковий ефект?
9. Показати на прикладі значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми?
10. Вписати пропущене явище. Що може запропонувати хімія для зменшення його впливу на екологію?
Завод SO2 ? зниження врожаю
11. Вписати пропущене явище. Що може запропонувати хімія для зменшення його впливу на екологію?
Завод СO2 ? глобальне потепління.
12. Пояснити зміст виразу «наукова картина хімічної реальності».
13. Навести приклад комплексного використання сировини.
14. Пояснити, що об’єднує три головні природознавчі науки: фізику, хімію, біологію.
15. Навести приклади рециркуляції сировини.
16. Котельна спалює 2 т вугілля за добу. Масова частка карбону – 84%, гідрогену – 5%, сульфуру – 3,6 %, негорючих речовин – 7,4 %. Яка площа лісу може поповнити втрату кисню повітря, використаного для спалювання в котельні вугілля, якщо 1 га лісу дає за добу 10 кг кисню.
17. Який об’єм (в літрах) сульфур (ІV) оксиду утворюється при спалюванні 1 т:
а) вугілля, яке містить 3,13 % сірки;
б) вугілля, яке містить 3,30 % сірки?
18. Працюючий автомобільний двигун за годину втрачає 4 кг бензину. Визначити об’єм шкідливих викидів, що містять карбон (ІІ) оксид, вважаючи, що бензин складається з октану, а об’єм карбон (ІІ) оксиду дорівнює 0,01 % (об’ємних) від загального об’єму утворених газів.
19. Під згорання вугілля, яке містить 0,3 % сірки, утворюється сульфур (ІV) оксид. Очищення газів каталітичним окисненням діоксиду сульфуру в триоксид (уловлювання SO4) складає 99 %. Визначити об’єм викидів (в м3) при спалюванні на ТЕЦ 1000 т вугілля.
20. Для збільшення октанового числа у бензин додають 0,01 % (за масою) тетраетил свинцю Pb(C2H5)4. Під час згорання бензину у газ переходить 90 % свинцю. Визначити масу свинцю в грамах з точністю до сотих, яка виділяється при згоранні 100 кг бензину.
PAGE 1