ΕΚΦΕ Β’ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ Επιµέλεια: Φρίντα Εγγλεζάκη (Χηµικός)

2

ΣΤΟΧΟΙ Στο τέλος της εργαστηριακής άσκησης οι µαθητές θα πρέπει:

• Να αναγνωρίζουν την οξείδωση σαν µια χαρακτηριστική ιδιότητα των αλκοολών.

• Να αναγνωρίζουν τα πρoϊόντα της οξείδωσης µιας αλκοόλης ανάλογα µε το

χρησιµοποιηθέν οξειδωτικό µέσο (ήπιο όπως CuO και ισχυρά όπως ΚΜnΟB4 B ή KB2 BCr B2 BOB7 B σε

όξινο περιβάλλον).

• Να αναγνωρίζουν ότι το αλκοτέστ αποτελεί αντίδραση οξείδωσης της αιθανόλης που

περιέχεται στα οινοπνευµατώδη ποτά µε ισχυρό οξειδωτικό µέσο.

ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ Οι αλκοόλες διακρίνονται σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς. Από τις κορεσµένες µονοσθενείς αλκοόλες οι πρωτοταγείς οξειδώνοται εύκολα προς αλδεύδες που στη συνέχεια οξειδώνονται προς οξέα και οι δευτεροταγείς αλκοόλες προς κετόνες

σύµφωνα µε τις αντιδράσεις παρακάτω:

RCHB2BOH ⎯→⎯+ ||O -ΗB2 BΟ

URCH=OU ⎯→⎯+ ||O RCOOH

πρωτοταγής αλδεΰδη οξύ

R-CH-R΄ | ΟΗ

⎯→⎯+ ||O -ΗB2BΟ

R-C-R΄ || Ο

δευτεροταγής κετόνη Οι τριτοταγείς αλκοόλες δύσκολα οξειδώνονται και µόνο µε ισχυρά οξειδωτικά και σε δραστικές συνθήκες Στην εργαστηριακή αυτή άσκηση οξειδώνεται η αιθανόλη (CH B3 BCH B2BOH) και

χρησιµοποιούνται ως οξειδωτικά: • Οξείδιο του χαλκού (CuO) το οποίο δηµιουργείται θερµαίνοντας ένα έλασµα ή ένα

κοµµάτι σύρµατος χαλκού µέχρι να αποκτήσει το χαρακτηριστικό µαύρο χρώµα του CuO οπότε κατά την αντίδραση µε την αιθανόλη επανέρχεται το γνωστό µεταλλικό του χρώµα.

CHB3 BCHB2 BOH + CuO → CHB3 BCHO + HB2 BO + Cu

Σηµείωση Η οξείδωση της αλκοόλης µε το µεταλλικό χαλκό Cu, σύµφωνα µε τη βιβλιογραφία, ενδέχεται να οδηγεί και σε καταλυτική αφυδρογόνωση όπως φαίνεται στην παρακάτω αντίδραση.

CHB3 BCHB2 BOH + Cu/300-350P

oPC → CHB3 BCHO + HB2 B

• ∆ιάλυµα KB2 BCr B2 BOB7 B οξινισµένο µε ΗB2 BSOB4 B αν θέλουµε αλδεύδη µε την προϋπόθεση ότι λαµβάνονται τα κατάλληλα µέτρα, ώστε η καρβονυλική ένωση να αποµακρύνεται αµέσως πριν φτάσει να οξειδωθεί περαιτέρω προς οξύ.

3CHB3 BCHB2 BOH + KB2 BCr B2 BOB7 B + 4HB2 BSOB4 B → 3CHB3 BCHO + Cr B2 B(SOB4 B)B3 B + KB2 BSOB4 B + 7HB2 BO Τα ιόντα Cr B2 BOB7 B P

2−P έχουν χρώµα πορτοκαλί και κατά την αντίδραση σχηµατίζουν ιόντα

Cr P

3+P που είναι πράσινα. Στην αντίδραση αυτή οφείλεται το γνωστό αλκοτέστ.

• ∆ιάλυµα KMnOB4 B οξινισµένο µε ΗB2 BSOB4 Bπου οδηγεί την αντίδραση ως το τέλος δίνοντας οξύ.

5CHB3 BCHB2 BOH + 4KMnOB4 B+ 6HB2 BSOB4 B→ B B 5CHB3 BCOOH + 4MnSOB4 B+ 2KB2 BSOB4 B + 11HB2 BO Τα ιόντα MnOB4 PB

−P έχουν χρώµα ιώδες και κατά την αντίδραση σχηµατίζουν ιόντα Mn P

2+P που

είναι άχρωµα.

3

Α. ΟΞΕΙ∆ΩΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΜΕ ΗΠΙΟ ΟΞΕΙ∆ΩΤΙΚΟ ΜΕΣΟ (CuO)

Πείραµα 1: Οξείδωση µε CuO

Πειραµατική διαδικασία

• Σε ένα δοκιµαστικό σωλήνα (pyrex) ρίχνουµε 2-3 mL αιθανόλη. • Θερµαίνουµε στη φλόγα του λύχνου το έλασµα ή το σύρµα του χαλκού κρατώντας το

προσεκτικά µε τη λαβίδα. µέχρι να πάρει το µαύρο χρώµα που έχει το οξείδιό του CuO. • Στη συνέχεια το αποµακρύνουµε από τη φλόγα και το βάζουµε µέσα στο σωλήνα όσο γίνεται

πιο γρήγορα. • Το οξείδιο του χαλκού ανάγεται σε χαλκό οπότε το έλασµα αποκτά και πάλι την αρχική του

όψη ενώ η αλκοόλη οξειδώνεται σε αιθανάλη. • Ανιχνεύουµε την παραγόµενη αιθανάλη από τη χαρακτηριστική της οσµή που διαφέρει από

εκείνη της αιθανόλης και µε το αντιδραστήριο Tollens (δηµιουργία κατόπτρου αργύρου). • Επαναλαµβάνουµε τη διαδικασία 2-3 φορές για να πετύχουµε τη δηµιουργία κατόπτρου

αργύρου. ΠΡΟΣΟΧΗ • Η αιθανόλη να βρίσκεται µακριά από τη φλόγα του λύχνου. • Υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης της αιθανόλης από το πυρακτωµένο έλασµα. Είναι απαραίτητη η χρήση µιας βρεγµένης βαµβακερής πετσέτας σε αυτή την περίπτωση ή η άµεση τοποθέτηση ενός µεγαλύτερου ποτηριού ζέσεως ανάποδα.

ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΑ ΟΡΓΑΝΑ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΑ ΑΝΤΙ∆ΡΑΣΤΗΡΙΑ Λύχνος εργαστηρίου Κάψα πορσελάνης Ποτήρια ζέσεως 100ml Λαβίδα Ζυγός Ογκοµετρικός κύλινδρος (10ml) Σταγονόµετρα Στατώ µε δοκιµαστικούς σωλήνες (pyrex)

Απόλυτη αιθανόλη CHB3 BCHB2 BOH Έλασµα µεταλλικού χαλκού ή σύρµα Νιτρικός άργυρος AgNOB3 B (στερεός) ∆ιάλυµα αµµωνίας NHB3 B (25%) ∆ιάλυµα ΚB2BCr B2 BΟB7 B (κορεσµένο) ∆ιάλυµα KMnOB4 B 0,01M Θειϊκό οξύ HB2 BSOB4 B 0,5Μ Απιονισµένο νερό

αιθανόλη

σύρµα Cu

Πυρωµένο σύρµα Cu

4

Ανίχνευση της αιθανάλης µε το αντιδραστήριο Tollens

Πειραµατική διαδικασία Η αιθανάλη µπορεί να ανιχνευτεί µε το αντιδραστήριο Tollens (δηµιουργία κατόπτρου αργύρου) ως εξής: • Μεταφέρουµε 5mL από το διάλυµα της αιθανάλης σε δοκιµαστικό σωλήνα στον οποίο

προσθέτουµε 2mL περίπου από το αµµωνιακό διάλυµα του νιτρικού αργύρου (αντιδραστήριο Tollens).

• Ο σωλήνας ανακινείται καλά και στη συνέχεια τοποθετείται σε ποτήρι ζέσεως µε βραστό νερό (υδατόλουτρο) όπου και θερµαίνεται.

• Αν το διάλυµα περιέχει αλδεΰδη το εσωτερικό του σωλήνα επικαλύπτεται µε ένα λεπτό και γυαλιστερό στρώµα µεταλλικού αργύρου (κάτοπτρο αργύρου). Σηµείωση Για να επιτευχθεί η ανίχνευση της αιθανάλης µε το αντιδραστήριο Tollens που προκύπτει από την οξείδωση της αιθανόλης πρέπει η πειραµατική διαδικασία του πειράµατος 1 να επαναληφθεί αρκετές φορές ώστε να πετύχουµε την παραγωγή αρκετής ποσότητας από αυτή.

Παρασκευή αντιδραστηρίου Tollens • Σε ποτήρι ζέσης που περιέχει 10 mL απιονισµένο νερό διαλύουµε 3g νιτρικού αργύρου. • Στη συνέχεια προσθέτουµε σταγόνα-σταγόνα και µε συνεχή ανάδευση διάλυµα αµµωνίας

µέχρι να επαναδιαλυθεί το σχηµατιζόµενο ίζηµα του οξειδίου του αργύρου (Ag B2 BO) που σχηµατίζεται.

• Η επαναδιάλυση του AgB2 BO σηµαίνει ότι σχηµατίστηκε η διαλυτή ένωση [Ag(NH B3 B) B2 B]NOB3 B. ΠΡΟΣΟΧΗ

• ∆ε χρειάζεται να προσθέσουµε περίσσεια αµµωνίας, είναι προτιµότερο να αφήσουµε λίγο ίζηµα και να χρησιµοποιήσουµε το διαυγές υγρό. • Μετά τη δηµιουργία του κατόπτρου πρέπει το υπερκείµενο υγρό διάλυµα να το ρίξουµε στο νεροχύτη και να ξεπλύνουµε µε άφθονο νερό διότι η ουσία [Ag(NHB3 B) B2B]NOB3 B είναι εκρηκτική όταν είναι στεγνή.

5

B. ΟΞΕΙ∆ΩΣΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΜΕ ΙΣΧΥΡΑ ΟΞΕΙ∆ΩΤΙΚΑ ΜΕΣΑ

Πείραµα 2: Οξείδωση µε όξινο διάλυµα διχρωµικού καλίου KB2BCr B2BOB7

B B Ποιοτική ανίχνευση της αιθανόλης (Αλκοτέστ) Πειραµατική διαδικασία

• Σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες(1,2) ρίχνουµε 5mL απιονισµένο νερό και διαλύουµε περίπου 1g διχρωµικού καλίου.

• Με το σταγονόµετρο προσθέτουµε πολύ προσεκτικά σταγόνα σταγόνα 1mL θειϊκό οξύ. • Στη συνέχεια προσθέτουµε στον 1P

οP σωλήνα 1mL νερό (µάρτυρας) και στο 2P

οP σωλήνα 1-2 mL

αλκοόλη. • Τοποθετούµε τα µίγµατα σε θερµό υδατόλουτρο. • Καταγράφουµε τις παρατηρήσεις µας στο φύλλο εργασίας.

Σηµείωση Εναλλακτικά µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε ποτήρια ζέσεως των 50mL αντί δοκιµαστικών σωλήνων όπως φαίνεται στις παρακάτω φωτογραφίες.

Photo 1 Photo 2 Photo 3 1. Όξινο διάλυµα KB2BCr B2BO B7B µε νερό (µάρτυρας) 2. Όξινο διάλυµα KB2BCr B2BO B7 Bµε αιθανόλη 5΄ µετά από θέρµανση 3. Το διάλυµα µετά από 2 ώρες

Πείραµα 3: Οξείδωση µε όξινο διάλυµα υπερµαγγανικού καλίου KMnO B4B.

Πειραµατική διαδικασία • Σε δύο δοκιµαστικούς σωλήνες (1, 2) βάζουµε από 1mL διάλυµα KMnOB4 B. • Προσθέτουµε σε κάθε σωλήνα 5 σταγόνες διαλύµατος HB2 BSOB4 B. • Στη συνέχεια προσθέτουµε στον 1P

οP σωλήνα 1mL νερό και στο 2P

οP σωλήνα 1 mL αλκοόλη.

• Τοποθετούµε και τους δύο σωλήνες σε θερµό υδατόλουρο. • Καταγράφουµε τις παρατηρήσεις µας στο φύλλο εργασίας.

6

ΟΞΕΙ∆ΩΣΗ ΤΗΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ

Ονοµατεπώνυµο: .............................................. Φύλλο εργασίας Τµήµα: ................. Ηµεροµηνία: ....................

1. Με βάση τις γνώσεις σας και τις παρατηρήσεις από τα πειράµατα να απαντήσετε στα παρακάτω ερωτήµατα:

Κατά την πύρωση το σύρµα του χαλκού µαυρίζει. Σε ποια αντίδραση οφείλεται η µετατροπή του κόκκινου χρώµατος του χαλκού σε µαύρο;

Cu + .................... ⎯⎯ →⎯ ρωσηπύ .................... Να συµπληρώσετε τη χηµική εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης της αιθανόλης σε αιθανάλη.

CHB3 BCHB2 BOH + .................... ⎯→⎯θ CHB3 BCHO + .................... + ....................

Γιατί το σύρµα του χαλκού µετά την αντίδραση γίνεται ξανά κόκκινο; ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Το CuO είναι κατά τη γνώµη σας ισχυρό ή ήπιο οξειδωτικό µέσο; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Να καταγράψετε τις παρατηρήσεις σας από το πείραµα 2 στον παρακάτω πίνακα:

Σωλήνας 3 4 Περιεχόµενο Νερό + KB2BCr B2BOB7 B+ HB2BSOB4B Αιθανόλη + KB2BCr B2BO B7 B+ HB2BSOB4B

Αρχικό χρώµα (πριν τη θέρµανση)

Χρώµα ( 5΄µετά τη θέρµανση)

Τελικό χρώµα ( 2 ώρες µετά τη θέρµανση)

Να δώσετε µία πιθανή εξήγηση για την µεταβολή του χρώµατος µετά από 2 ώρες. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3. Να καταγράψετε τις παρατηρήσεις σας από το πείραµα 3 στον παρακάτω πίνακα: Σωλήνας 1 2 Περιεχόµενο Νερό + KMnOB4 B+ HB2BSOB4B Αιθανόλη + KMnOB4 B+ HB2BSOB4B

Αρχικό χρώµα (πριν τη θέρµανση)

Τελικό χρώµα (µετά τη θέρµανση)

4. Να γράψετε την χηµική αντίδραση της ποιοτικής ανίχνευσης της αιθανόλης (αλκοτέστ). 5. Τι είδους αλκοόλη είναι η αιθανόλη; ............................................................................................. _______________________________________________________________________________ ΕΚΦΕ B’ Aνατολικής Αττικής