Најважније из лекције
Квалитативно доказивање: Угљеник се доказује настајањем чађи (C), водоник појавом капи воде (\( \text{H}_2\text{O} \)), халогени Бајлштајновом пробом (зелени пламен на Cu-жици), а азот и сумпор Ласењовом минерализацијом са вишком Na.
Квантитативна анализа сагоревањем: Маса воде се мери преко цеви са анхидрованим \( \text{CuSO}_4 \), маса \( \text{CO}_2 \) преко цеви са смешом \( \text{CaO} \) и \( \text{NaOH} \). Маса кисеоника се добија разликом: \( m(\text{O}) = m(\text{узорка}) - m(\text{C}) - m(\text{H}) \).
Емпиријска формула: Одређује се из односа количина супстанце атома: \( n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = \frac{m(\text{C})}{12} : \frac{m(\text{H})}{1} : \frac{m(\text{O})}{16} \), сведених на најмање целе бројеве.
Квантитативна анализа сагоревањем: Маса воде се мери преко цеви са анхидрованим \( \text{CuSO}_4 \), маса \( \text{CO}_2 \) преко цеви са смешом \( \text{CaO} \) и \( \text{NaOH} \). Маса кисеоника се добија разликом: \( m(\text{O}) = m(\text{узорка}) - m(\text{C}) - m(\text{H}) \).
Емпиријска формула: Одређује се из односа количина супстанце атома: \( n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = \frac{m(\text{C})}{12} : \frac{m(\text{H})}{1} : \frac{m(\text{O})}{16} \), сведених на најмање целе бројеве.
Квалитативна анализа омогућава доказивање присутности појединих хемијских елемената у саставу органског једињења.
Доказивање угљеника и водоника: При сагоревању органске супстанце, присуство угљеника се доказује појавом чађи на хладној порцеланској површини (или издвајањем \( \text{CO}_2 \)), док се водоник доказује појавом капљица воде на хладним зидовима суда.
Ласењова минерализација: Поступак разлагања органског једињења топљењем са вишком металног натријума, при чему се органски везани азот, сумпор и халогени преводе у неорганске (минералне) супстанце у облику јона (\( \text{CN}^- \), \( \text{S}^{2-} \), \( \text{X}^- \)), који се затим доказују таложним реакцијама.
Бајлштајнова проба: Једноставна квалитативна проба за доказивање халогених елемената. Органска супстанца се загрева на оксидованој бакарној жици у пламену; појава зеленог до плаво-зеленог пламена (услед грађења испарљивих бакар(II)-халогенида) потврђује присуство халогена.
Како се једноставним експериментом са шпиритусном лампом могу доказати угљеник и водоник у шпиритусу?
Изнад пламена шпиритусне лампе држи се хладна порцеланска шоља – на њеном дну настаје чађ (елементарни угљеник), што доказује присуство угљеника. Када се изнад пламена држи преокренута стаклена чаша, на њеним зидовима се кондензују капљице воде (\( \text{H}_2\text{O} \)), чији атоми водоника потичу из сагорелог органског једињења.
Квантитативном елементалном анализом тачно се одређује масени садржај односно удео појединих елемената у познатој маси органског узорка.
У специјалној апаратури потпуно се спали тачно одмерена маса органског једињења у струји кисеоника, а настали гасовити производи се квантитативно везују:
- Вода (\( \text{H}_2\text{O} \)) се апсорбује у цеви са анхидрованим бакар(II)-сулфатом (\( \text{CuSO}_4 \)) или другим јаким средством за сушење. Прираст масе те цеви одговара маси настале воде.
- Угљеник(IV)-оксид (\( \text{CO}_2 \)) се апсорбује у наредној цеви са смешом калцијум-оксида и натријум-хидроксида (натрон-креч). Прираст масе те цеви одговара маси насталог \( \text{CO}_2 \).
Кисеоник се не одређује директном апсорпцијом продуката, већ се његов садржај израчунава као разлика између укупне масе органског узорка и збира маса угљеника и водоника:
\[ m(\text{O}) = m(\text{узорка}) - [m(\text{C}) + m(\text{H})] \]
Емпиријска формула изражава најједноставнији однос броја атома (односно количина супстанце у моловима) појединих елемената у једињењу.
Маса угљеника и водоника из производа сагоревања:
\[ m(\text{C}) = m(\text{CO}_2) \cdot \frac{M(\text{C})}{M(\text{CO}_2)} = m(\text{CO}_2) \cdot \frac{12 \text{ g/mol}}{44 \text{ g/mol}} \]
\[ m(\text{H}) = m(\text{H}_2\text{O}) \cdot \frac{2 \cdot M(\text{H})}{M(\text{H}_2\text{O})} = m(\text{H}_2\text{O}) \cdot \frac{2 \text{ g/mol}}{18 \text{ g/mol}} \]
Количине супстанце:
\[ n(\text{C}) = \frac{m(\text{C})}{M(\text{C})}, \quad n(\text{H}) = \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})}, \quad n(\text{O}) = \frac{m(\text{O})}{M(\text{O})} \]
Из познатих маса \( \text{CO}_2 \) и \( \text{H}_2\text{O} \) израчунати масе угљеника \( m(\text{C}) \) и водоника \( m(\text{H}) \).
Одузимањем \( [m(\text{C}) + m(\text{H})] \) од почетне масе узорка утврдити да ли једињење садржи кисеоник.
Израчунати количине супстанце \( n \) за сваки присутни елемент преко формула \( n = \frac{m}{M} \).
Поделити све вредности количина најмањом добијеном вредношћу како би се добио однос најмањих целих бројева \( x : y : z \).
Сагоревањем узорка угљоводоника настаје \( 4,40\text{ g } \text{CO}_2 \) и \( 2,70\text{ g } \text{H}_2\text{O} \):
\( m(\text{C}) = 4,40\text{ g} \cdot \frac{12}{44} = 1,20\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{1,20\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 0,10\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 2,70\text{ g} \cdot \frac{2}{18} = 0,30\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{0,30\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 0,30\text{ mol} \)
Однос количина: \( n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,10 : 0,30 = 1 : 3 \).
Емпиријска формула је \( \text{CH}_3 \).
\( m(\text{C}) = 4,40\text{ g} \cdot \frac{12}{44} = 1,20\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{1,20\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 0,10\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 2,70\text{ g} \cdot \frac{2}{18} = 0,30\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{0,30\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 0,30\text{ mol} \)
Однос количина: \( n(\text{C}) : n(\text{H}) = 0,10 : 0,30 = 1 : 3 \).
Емпиријска формула је \( \text{CH}_3 \).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди емпиријску формулу органског једињења у којем је масени удео угљеника \( 80\% \), а водоника \( 20\% \).
Узимамо узорак масе \( 100\text{ g} \):
\( m(\text{C}) = 80\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{80\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 6,67\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 20\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{20\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 20\text{ mol} \)
Однос молских количина: \[ n(\text{C}) : n(\text{H}) = 6,67 : 20 = \frac{6,67}{6,67} : \frac{20}{6,67} = 1 : 3 \] Одговор: Емпиријска формула је \( \text{CH}_3 \).
\( m(\text{C}) = 80\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{80\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 6,67\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 20\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{20\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 20\text{ mol} \)
Однос молских количина: \[ n(\text{C}) : n(\text{H}) = 6,67 : 20 = \frac{6,67}{6,67} : \frac{20}{6,67} = 1 : 3 \] Одговор: Емпиријска формула је \( \text{CH}_3 \).
Задатак 2 (средњи): Потпуним спаљивањем \( 1,50\text{ g} \) органског једињења које садржи угљеник, водоник и кисеоник настало је \( 2,20\text{ g } \text{CO}_2 \) и \( 0,90\text{ g } \text{H}_2\text{O} \). Израчунај емпиријску формулу тог једињења.
1. Масе и количине угљеника и водоника:
\( m(\text{C}) = 2,20\text{ g} \cdot \frac{12}{44} = 0,60\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{0,60\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 0,05\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 0,90\text{ g} \cdot \frac{2}{18} = 0,10\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{0,10\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 0,10\text{ mol} \)
2. Маса и количина кисеоника:
\( m(\text{O}) = m(\text{узорка}) - [m(\text{C}) + m(\text{H})] = 1,50\text{ g} - (0,60\text{ g} + 0,10\text{ g}) = 0,80\text{ g} \)
\( n(\text{O}) = \frac{0,80\text{ g}}{16\text{ g/mol}} = 0,05\text{ mol} \)
3. Однос молских количина: \[ n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = 0,05 : 0,10 : 0,05 = 1 : 2 : 1 \] Одговор: Емпиријска формула је \( \text{CH}_2\text{O} \).
\( m(\text{C}) = 2,20\text{ g} \cdot \frac{12}{44} = 0,60\text{ g} \implies n(\text{C}) = \frac{0,60\text{ g}}{12\text{ g/mol}} = 0,05\text{ mol} \)
\( m(\text{H}) = 0,90\text{ g} \cdot \frac{2}{18} = 0,10\text{ g} \implies n(\text{H}) = \frac{0,10\text{ g}}{1\text{ g/mol}} = 0,10\text{ mol} \)
2. Маса и количина кисеоника:
\( m(\text{O}) = m(\text{узорка}) - [m(\text{C}) + m(\text{H})] = 1,50\text{ g} - (0,60\text{ g} + 0,10\text{ g}) = 0,80\text{ g} \)
\( n(\text{O}) = \frac{0,80\text{ g}}{16\text{ g/mol}} = 0,05\text{ mol} \)
3. Однос молских количина: \[ n(\text{C}) : n(\text{H}) : n(\text{O}) = 0,05 : 0,10 : 0,05 = 1 : 2 : 1 \] Одговор: Емпиријска формула је \( \text{CH}_2\text{O} \).
Задатак 3 (тежак): Одреди молекулску формулу гасовитог угљоводоника ако је однос маса угљеника и водоника у њему \( 6 : 1 \), а маса запремине од \( 2,24\text{ dm}^3 \) тог гаса при нормалним условима износи \( 5,6\text{ g} \).
1. Емпиријска формула:
\( n(\text{C}) : n(\text{H}) = \frac{m(\text{C})}{M(\text{C})} : \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{6}{12} : \frac{1}{1} = 0,5 : 1 = 1 : 2 \)
Емпиријска формула је \( \text{CH}_2 \). Њена релативна маса износи: \( M_r(\text{CH}_2) = 12 + 2 = 14 \).
2. Моларна маса гаса:
\( n = \frac{V}{V_m} = \frac{2,24\text{ dm}^3}{22,4\text{ dm}^3/\text{mol}} = 0,10\text{ mol} \)
\( M = \frac{m}{n} = \frac{5,6\text{ g}}{0,10\text{ mol}} = 56\text{ g/mol} \implies M_r = 56 \)
3. Молекулска формула:
\( k = \frac{M_r(\text{једињења})}{M_r(\text{емпиријска})} = \frac{56}{14} = 4 \)
\( (\text{CH}_2)_4 = \text{C}_4\text{H}_8 \)
Одговор: Молекулска формула је \( \text{C}_4\text{H}_8 \).
\( n(\text{C}) : n(\text{H}) = \frac{m(\text{C})}{M(\text{C})} : \frac{m(\text{H})}{M(\text{H})} = \frac{6}{12} : \frac{1}{1} = 0,5 : 1 = 1 : 2 \)
Емпиријска формула је \( \text{CH}_2 \). Њена релативна маса износи: \( M_r(\text{CH}_2) = 12 + 2 = 14 \).
2. Моларна маса гаса:
\( n = \frac{V}{V_m} = \frac{2,24\text{ dm}^3}{22,4\text{ dm}^3/\text{mol}} = 0,10\text{ mol} \)
\( M = \frac{m}{n} = \frac{5,6\text{ g}}{0,10\text{ mol}} = 56\text{ g/mol} \implies M_r = 56 \)
3. Молекулска формула:
\( k = \frac{M_r(\text{једињења})}{M_r(\text{емпиријска})} = \frac{56}{14} = 4 \)
\( (\text{CH}_2)_4 = \text{C}_4\text{H}_8 \)
Одговор: Молекулска формула је \( \text{C}_4\text{H}_8 \).
Задатак 4 (тежак): Елементалном анализом одређено је да је емпиријска формула угљоводоника \( \text{CH} \). Ако је познато да је то једињење алкин са најмањом могућом релативном молекулском масом, одреди његову молекулску формулу и назив.
Алкини су незасићени угљоводоници са троструком везом између два угљеникова атома, што значи да молекул мора имати најмање два атома угљеника (\( \text{C} \ge 2 \)).
Општа формула алкина је \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
За емпиријску формулу \( \text{CH} \), општи облик молекула је \( (\text{CH})_k \), где је број атома C једнак броју атома H.
За најмањи могући алкин (\( k = 2 \)), добија се: \[ n = 2 \implies 2n - 2 = 2 \cdot 2 - 2 = 2 \] Број атома C и H је исти и износи 2.
Одговор: Молекулска формула је \( \text{C}_2\text{H}_2 \), а назив једињења је етин (ацетилен).
Општа формула алкина је \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \).
За емпиријску формулу \( \text{CH} \), општи облик молекула је \( (\text{CH})_k \), где је број атома C једнак броју атома H.
За најмањи могући алкин (\( k = 2 \)), добија се: \[ n = 2 \implies 2n - 2 = 2 \cdot 2 - 2 = 2 \] Број атома C и H је исти и износи 2.
Одговор: Молекулска формула је \( \text{C}_2\text{H}_2 \), а назив једињења је етин (ацетилен).
