ANALIZA ELEMENTALĂ
A UNEI SUBSTANŢE ORGANICE
INTRODUCERE
Moleculele substanţelor organice care sunt hidrocarburi (compuşi ai carbonului cu hidrogenul) şi derivaţi functionali ai acestora conţin frecvent următoarele elemente: C,H,O,N,X(halogenii:F,Cl,Br,I),S.Alte elemente cum ar fi : P,As,Si,Hg,Mg apar într-un număr mic de substanţe organice.
Pentru determinarea structurii unui compus organic se parcurg mai multe etape:
1. Determinarea compoziţiei compusului organic ,care constă în determinarea naturii elementelor precum şi numărul exact de atomi din fiecare specie care constituie molecula( analiza elementală calitativă şi cantitativă).
2. Determinarea constituţiei compusului organic care ne indică modul de legare al atomilor între ei.
3. determinarea configuraţiei şi conformaţiei compuşilor organici.
Analiza calitativă presupune atât determinarea prezenţei elementelor tipice cât şi punerea în evidenţă a grupelor funcţionale prezente în molecula substanţei analizate.Deci,din punct de vedere calitativ ,analiza organică se împarte în:
- analiză elementală
- analiza functională.
Analiza elementală are drept scop identificarea elementelor din compuşii organici .Analiza se efectuează asupra substanţelor organice a căror puritate a fost controlată prin determinarea constantelor fizice după purificare(punct de topire,punct de fierbere,indice de refractie,densitate).
Toate metodele de analiză elementală se bazează pe transformarea substanţelor organice în compuşi anorganici prin dezagregare termică şi mineralizare , deci transformarea în compuşi anorganici care apoi se identifică prin metodele chimiei analitice.
În urma descompumerii termice, în prezenţă de catalizator sau a dezagregarii cu sodiu metalic rezultă urmatoarele substanţe sau ioni :CO2 , H2O , CN- , Cl-, Br - , I- , SO42- , PO43- .
1.Analiza preliminară stabileşte caracteristicele specifice ale substanţelor organice prin determinarea constantelor fizico-chimice care dau o serie de date cum ar fi :
- date privind aspectul fizic al substanţei analizate :
- stare de agregare ,
- examen microscopic,
- culoare,
- miros ;
- determinarea constantelor fizice :
- punct de topire,
- punct de fierbere,
- densitate ,
- indice de refracţie ;
- date asupra solubilităţii substanţei ;
- stabilirea prezenţei apei ;
- stabilirea caracterului acido-bazic .
- date obţinute prin arderea substanţei.
Natura organică a substanţei se determină astfel : pe o lamă de platină curăţită prin fierbere în HCl şi apoi încălzită la flacara becului de gaz se pune o cantitate mică din proba de analizat ( 0, 5g ) şi se încălzeşte la flacara unui bec mic lama până ce substanţa arde . Se urmăreşte comportarea substanţei la ardere , când pot apărea urmatoarele cazuri :
- substanţa nu arde deci, e de natură anorganică;
- substanţa arde fără a lăsa reziduu , substanţa este organică ;
- substanţa arde şi lasă reziduu ,care se calcinează la o flacără mai mare.
Dacă reziduul a fost cărbune trece în CO2 .Dacă rămâne şi o sare minerală este posibil să fie o sare organică sau un compus organometalic.
2.Analiza elementală
Identificarea C şi H
· Identificarea carbonului se poate face şi astfel:într-o eprubetă se introduce puţină substanţă organică (solidă) şi se acoperă cu un strat de pulbere de trioxid de molibden,MoO3 ,fără să se amestece.Gura eprubetei se leagă de o trompă de apă şi se elimină aerul conţinut în eprubetă.Se încalzeşte eprubeta la flacără direct , din partea superioară spre cea inferioară .Reacţia este pozitivă dacă la zona de contact dintre stratul de MoO3 şi substanţa solidă apare o coloraţie albastră .
· Într-o eprubetă se încălzesc la flacără cca.0,1-0,5g substanţă de analizat acoperită cu 0,1-1g CuO pulbere.Dacă substanţa este lichidă se adaugă o cantitate mai mare de oxigen.Se astupă eprubeta cu un dop prin care trece un tub de sticla curat al cărui capăt se introduce într-o soluţie limpede de Ca(OH)2.Daca soluţia se tulbură înseamnă că s-a format CaCO3 ,deci există CO2.
Prezenţa hidrogenului se remarcă prin apariţia unor picaturi de apă.
 |
Subst.org( C,H ) + CuO CO2 + H2O +Cu
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3
Identificarea hidrogenului se face şi prin calcinarea unei mici cantităţi de substanţă
cu Na2SO3 sau Na2S2O3 .
H2S pus în libertate se identifică cu o soluţie de Pb(CH3-COO)2 când apare o pată neagră de PbS.
H2S + Pb(CH3COO)2 PbS + 2 CH3COOH
· Pentru identificarea H se amestecă într-o eprubetă puţină substanţă cu o cantitate egală de sulf, S ,pulbere.Se acoperă gura eprubetei cu o hârtie de filtru înmuiată în prealabil într-o soluţie apoasă de acetat de plumb ,10% .Se incalzeşte eprubeta până când conţinutul devine lichid. Reacţia este pozitivă dacă pe hârtia de filtru apare o coloraţie neagră de PbS.
Dezagregarea substanţelor
Pentru recunoaşterea elementelor N,S,X,substanţa organică se dezagreghează termic în prezenţă de catalizatori transformânde-se în compuşi minerali.Produsele de dezagregare obţinute se dizolvă în apă iar în soluţia obţinută se identifică ionii formaţi.
Subst.org( C,N,S,X ) + Na NaCN + Na2S + NaX
Proba Lassaigne
Într-un tubuşor de sticlă cu diametrul 5mm şi lungimea 5-7cm,se introduc 0,5g substanţă peste care se adaugă o bucaţică de sodiu metalic,apoi se încalzeşte la flacără.Reacţia începe cu topirea Na metalic.Se încalzeşte tubuşorul pânăa la roşu.Tubul înroşit se introduce într-un pahar care conţine 10-15 ml apa distilată şi se acoperă cu o sticlă de ceas.Introdus în apa rece tubul se sparge .Se agită şi se filtrează soluţia .Soluţia limpede obţinută se împarte în mai multe eprubete.
Identificarea N
· La 3-5ml soltuţie alcalină se adaugă 2-3 picaturi de soluţie de FeSO4 ,10% si FeCl3 ,10%.Se fierbe un minut ,se acidulează cu H2SO4 .După acidulare soluţia devine verde-albastră şi se depune un precipitat caracteristic cunoscut sub numele de albastru de Berlin.
NaCN + FeSO4 Na2SO4 + Fe(CN)2(negru)
Fe(CN)2+4NaCN Na4[Fe (CN)6]
3Na4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 Fe4[Fe(CN)6]3 + 12NaCl
albastru de Berlin
Identificarea N si S
· Într-o eprubetă se pun cca 2ml din soluţia Lassaigne, se adaugă NaHCO3(S) până ce soluţia se suprasaturează .Din această soluţie se picură 1-2 picături în reactivul Vinson-Grabowski în reactivul proaspăt preparat 1% p-nitro-benzaldehidă în dimetil-sulfoxid ).Se observă apariţia unei culori purpurii care indică prezenţa N ,a culorii verzi,prezenţa S
· Pentru substanţele care conţin N şi S in molecula se încearcă reacţia cu FeCl3 direct.În soluţia iniţial acidulată se introduc câteva picături de FeCl3 când apare o culoare roşie închisă datorită formării de Fe(SCN)3
Identificarea N
· Se amestecă într-o eprubetă 0,1g de substanţă de analizat cu 0,2gMnO2. Se acoperă gura eprubetei cu o hartie de filtru imbibată în reactiv Griess(volume egale de soluţii de acid acetic 30%, acid sulfanilic 1% şi a-naftilamina 1% )proaspăt preparat.Se încălzeşte conţinutul eprubetei .Dacă substanţa conţine N are loc degajarea unor oxizi de azot (N2O3 ,N2O4)care determină apariţia unei coloraţii roz-roşu pe hartia de filtru.
Identificarea S
· 2ml din soluţie se acidulează cu CH3COOH şi se tratează cu câteva picături de soluţie de Pb(CH3COO)2.Apariţia culorii negre indică prezenţa PbS.
Na2S +Pb(CH3COO)2 PbS + CH3COONa
Altă metodă de identificare a S este reacţia cu nitropusiatul de sodiu cristalizat cu două molecule de apă Na2[Fe(CN)5NO] .2H2O .
Daca există S soluţia se colorează violet-roşcat,o culoare foarte frumoasă şi intensă care dispare după puţin timp.
Na2S + Na2[Fe(CN)5NO] Na4[Fe(CN)5.NO.S]
Identificarea S se face şi direct prin adăugarea peste 0,0 5-0,1g de substanţă ,într-o eprubetă, a 1-2ml apă oxigenată,H2O2,30%şi o picătură de soluţie de FeCl3.Se încalzeşte încet,sub agitare,până la declanşarea reacţiei când se întrerupe încalzirea,procesul fiind exoterm.După terminarea reacţiei ,în soluţia clară obţinută se adaugă câteva picături de HCl şi 1ml soluţie 5%de BaCl2.Reacţia este pozitivă dacă se formează un precipitat alb de BaSO4
Identificarea X
· Soluţia iniţială se acidulează cu HNO3 şi se adaugă câteva picături de AgNO3 .Formarea unui precipitat de AgX indică prezenţa X.
AgNO3 + NaX AgX + NaNO3
(AgCl – alb;; AgBr – galbui; AgI – galben )
Se acidulează soluţia cu HNO3 concentrat şi se fierbe ,se diluează şi se efectuează proba cu AgNO3 . Dacă substanţa conţine N şi S atunci aceştia vor fi eliminaţi sub formă de
HCN şi H2S.
NaCN + HNO3 HCN + NaNO3
Na 2S +2 HNO3 H2S + 2 NaNO3
În cazul când se face direct reacţia cu AgNO3 v-a precipita şi AgCN, respectiv Ag2S ,şi prin urmare reacţia nu ne mai conduce la identificarea halogenilor
AgNO3 + NaCN AgCN + NaNO3
2 AgNO3 + Na2S Ag 2S +2NaNO3
o Iodul se poate identifica şi prin tratarea unei porţiuni din soluţia iniţială cu acid acetic (până la reacţia acidă) şi puţină pulbere de PbO2.Iodul pus în libertate se extrage cu tetraclorură de carbon care se colorează în violet .
2NaI + PbO2 + 4CH3COOH I2 + 2(CH3COO)2Pb + H2O +2CH3COONa
· Pentru identificarea fluorului peste soluţia iniţială se adaugă câteva picături de amestec de FeCl3 şi NaSCN(soluţie colrată roşu sânge).Dacă substanţa conţine fluor soluţia devine incoloră.
6NaF + ([FeSCN2+]+2Cl -) (3Na+ + [FeF6]3-) + NaSCN +2NaCl
· Identificarea halogenilor se poate face şi pe cale uscată cu proba Beilstein
O sârmă de cupru mai lată la un capăt se aduce la roşu în flacără oxidantă până când flacăra devine incoloră şi lamela se acoperă cu un strat negru de CuO. După răcire se pune pe vârful lamelei o cantitate mică de substanţă şi se încalzeşte la flacără incoloră.Substanţa se aprinde şi arde colorând flacăra în verde –albăstrui ,datorită formării de CuX(volatile) .
3.Analiza funcţională
· Hidrocarburile saturate aciclice şi ciclice –sunt puţin reactive şi de aceea nu dau reacţii chimice caracteristice .Identificarea lor se face prin determinarea constantelor fizice şi la înregistrarea spectrelor IR.
· Hidrocarburile nesaturate –se identifică cu ajutorul soluţiei de Br2 în CCl4 .Dacă substanţa conţine produşi nesaturaţi atunci soluţia se decoloreaza.
CH2=CH2 +Br2 CH2 Br CH2 Br
Prin tratare cu reactiv Bayer (soluţie obţinută prin amestecarea de volume egale de soluţie KMnO4 2% şi Na2CO3 5% ).Dacă substanţa conţine legatura dublă sau triplă se observă decolorarea soluţiei de prermanganat şi obţinerea unui precipitat brun.
3 CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 3CH2-CH2 +2MnO2 + 2KOH
brun
OH OH
. 3 C2H2+ 8KMnO4 +4 H2O 3 COOH +8MnO2 + 8KOH
brun
COOH
Alchinele cu legatură triplă la marginea catenei reacţionează cu soluţia amoniacală de clorură cuproasă sau soluţie amoniacală de hidroxid de argint .Reacţiile sunt:
C2H2
+ 2[Cu(NH3)2]Cl C2Cu2 + 2NH4Cl + 2NH3
pp.roşu violet
C2H2+ 2[Ag(NH3)2]OH C2Ag2 + 4NH3 +2H2O
pp. alb-gălbuiu
·
