ZAJMAV CHEMIE Efektivn pokusy tvoiv mylen v prodnch

ZAJÍMAVÁ CHEMIE Efektivní pokusy – tvořivé myšlení v přírodních vědách Mgr. Renata Šafránková renata. safrankova@ujep. cz katedra chemie, PřF UJEP Ústí nad Labem

ZÁJEM - ZAJÍMAVOST - CHEMIE Ø Přírodní věda chemie seznamuje žáky s poznatky o neživé přírodě – chemické prvky, chemické sloučeniny, chemicky čisté látky Ø Struktura chemických látek je dokonalá, žáci znají částicové složení, mohou se zajímat o spektroskopické metody dokazující přesné kvalitativní a kvantitativní zastoupení Ø Chemické poznatky o živé přírodě jsou vzrušující, žák získá přehled o složení a funkcích svého pracujícího organismu Ø Chemie – věda má svou minulost, historické poznatky z alchymie poutají pozornost žáků svým pohádkovým námětem – výroba drahých kovů za doby habsburského císaře Ø Chemické vědecké poznatky v současnosti – nanotechnologie, farmaceutická výroba se silně specifickou účinností, zdokonalování potravinářských výrobních technologií – potraviny s prodlouženou trvanlivostí, téměř úplná náhrada přírodních materiálů syntetickými

Motivace - žáci - chemické reakce Ø Budoucnost chemie odpoutá naši pozornost a soustředěnost od smyslů a emocí a donutí nás přemýšlet nad každým krokem nebo naopak nemyslet vůbec a spokojeně si užívat života na naší planetě Ø Chemie je věda o skutečném mikro a makro světě, dává nám poznatky o vztazích chemických látek prostřednictvím prozkoumávaných chemických reakcí Ø Je pochopitelné, nic není jednoduché, a proto je chemie experimentální věda, a to je to nejzajímavější, co většinu velkých chemiků lákalo a dosud zajímá Ø Chemie je obrovská laboratoř, ve které žáci zkoumají, proč kyselina a hydroxid spolu reagují, olej se nerozpouští ve vodě, vaječný žloutek a bílek varem ztuhne, naftalen zapáchá, peroxid vodíku čistí rány atd. Ø Mnoho dějů, které probíhají kolem nás, je zajímavých, a proto je chemie zajímavá

Experimentování - chemické obrázky Ø Ptáme se v čem je problém, proč se žáci více zajímají o historické vědy a přírodní vědy nejsou tak oblíbené Ø Hlavní důvod bude v obtížnosti pochopení přírodních zákonitostí a malou motivací experimentování v chemii Ø Různé způsoby získávání vědeckých chemických poznatků prostřednictvím vyučovacích metod je náročné na materiální vybavení školy, ale především na čas, který obnáší dokonalou přípravu experimentů Ø Dnes každý žák má zájem, provádět chemické pokusy samostatně za pomocí odborných rad zkušeného pedagoga Ø Výuka chemie je názorná, a proto je třeba věnovat zvýšenou pozornost obrázkům, které žáky inspirují Ø Ve vyučovacím předmětu chemie se uplatňují vědomosti a dovednosti, které lze získat vyváženým množstvím hodin teorie a experimentálních činností

Chemgeneration – komunikace o chemii § § § S chemickými teoretickými poznatky objevenými chemiky a chemickými inženýry během 19. a 20. století se lze seznámit v bibliografických a faktografických databázích – www. infozdroje. cz Zajímavý přehled chemických poznatků najdeme v digitální podobě www. chemgeneration. com/cz/milestores/potraviny-a-zemědělstv%C 3%AD. html Potraviny a zemědělství – velké chemické objevy umožnily změny v pěstování, sklízení a konzumaci potravin – úspěchy na poli chemických hnojiv, zelená revoluce a hybridní rostliny, Bordeauxská metoda a fungicidy, veterinární léčba zvířat, úspěchy na poli konzervace, výroby a balení potravin, chladící média, bezpečnost a testování potravin, sacharidy, sladidla, vitaminy, minerály Moderní technologie k úpravě, dodávce a distribuci pitné vody umožňují její používání bez bakterií, virů a jiných škodlivých látek. K novinkám patří využívání C k odstranění špatné chuti a zápachu vody. Chlorové dezinfekční prostředky představují vynikající metodu ochrany kuchyní a potravinářských přístrojů před viry a bakteriemi způsobujícími nemoci. Maďarský biochemik Albert von Szent-Györgyi v roce 1928 z nadledvin izoloval ascorbic acid – vitamin C – odolnost organismu

Moderní medicína a chemie § Zkvalitnění způsobů léčby nemocí, ošetřování úrazů a prevence zdravotních problémů, nové léky, zdravotnické prostředky a dokonalejší diagnostické postupy, to jsou miliony zachráněných lidských životů, za které vděčíme mnoha chemickým objevům. § Zdraví a medicína – zobrazovací technologie, izotopy v lékařství, vývoj chemických analýz, vývoj chemoterapeutické léčby, monitorování hladiny cholesterolu v krvi, léčba krevních sraženin, cytotoxické léky, regulace srdečního rytmu, léčba žaludečních vředů, hormonální antikoncepce, vývoj používání inzulínu, léčba kortizonem, vývoj antidepresiv § Zjednodušené domácí testy usnadňují osobní monitorování zdravotního stavu. Např. diabetici si mohou zjistit okamžité množství přítomného cukru v moči. Od roku 1956 Miles Laboratories vynalezl proužkový test. Od 60. let se používá přenosný bateriový glukometr, pro detekci glukózy pomocí chemických tyčinek. Od 70. a 80. let byly zavedeny domácí diagnostické sady pro zjištění krve v exkrementech, ovulace, těhotenství a streptokoků.

Chemické objevy 20. století § Nové postupy v chemii, strojírenství a elektronice pomáhají udržovat kontakt s jakýmkoli místem světa. Pohyb lidí, informací, nových myšlenek a materiálů přinesl závažné sociální změny. § Produkty, které vznikly díky chemii, přispěly k rozvoji mnoha komunikačních nástrojů, které potřebujeme k zachycování, ukládání a distribuci informací. Bezdrátové komunikace a optická vlákna slouží internetové společnosti, křemíková chemie a vysoce kvalitní polymery jsou nezbytné pro počítačové mikroprocesory. § Informace a komunikace – telefax a xerox, laser, křemíkové čipy, integrované obvody, technologie pro výrobu monitorů a displejů, komunikační satelity § Spotřební elektronika, mobilní telefony, osobní počítače závisí na pevných, trvanlivých, nevodivých plastech, které chrání citlivé elektronické komponenty, plasty a nové materiály jsou pevné a pružné

Experimentální práce žáků Ø Vzdělávání ve vyučovacím předmětu chemie probíhající na ZŠ a SŠ je velmi specifické podle zaměření ZŠ a oborů SŠ Ø Na ZŠ probíhá výuka podle standardních učebních osnov Vzdělávacích programů schválených MŠMT ČR Ø Na SŠ je situace složitější, výuka se odvíjí podle stanoveného oboru, ve kterém probíhá vzdělávání Ø Experimentální nebo laboratorní výuka je zaměřena na konkrétní oblasti chemického vzdělávání Ø Pro 8. a 9. ročník ZŠ a nižší ročníky víceletých gymnázií je zařazeno 8 – 10 laboratorních cvičení na jeden školní rok Ø Samozřejmě v rámci volitelných předmětů na víceletých gymnázií lze začlenit Laboratorní cvičení v kvartě Ø V ZŠ s rozšířenou výukou přírodovědných předmětů je stanoven zvýšený počet vyučovacích hodin chemie

Malý kabinet chemie Ø S kvalitou výuky chemie souvisí odborná příprava budoucích zájemců a talentů pro technické obory Ø Důležitost učebních pomůcek pro demonstraci a provádění chemických pokusů při výuce chemie a chemických laboratorních cvičení Ø Malý kabinet chemie je přenosná souprava laboratorních pomůcek a chemikálií v ceně notebooku, určená pro žákovské pokusy Ø Přenosná laboratoř vznikla ve spolupráci společnosti LACH – NER s didaktiky z Katedry chemie a didaktiky chemie Pedagogické fakulty Univerzity Karlovy v Praze - prof. RNDr. Pavel Beneš, CSc. a Ph. Dr. Václav Pumpr, CSc. Ø Součástí soupravy je Metodická příručka pro 40 chemických pokusů zařazených v základních tématech Rámcově vzdělávacích programů na ZŠ a SŠ Ø Podrobné informace pro chemickou minilaboratoř lze najít na stránkách Ø www. lach-ner. com

OBSAH SADY LACH: NER

Nejvýznamnější chemická reakce Ø Biochemický proces, při kterém se mění energie světelného záření na energii chemických vazeb je fotosyntetická asimilace Ø Fotosyntéza má zásadní význam pro život na Zemi, sluneční záření poskytuje z jednoduchých anorganických látek CO₂ a H₂O výrobu energeticky bohatých organických sloučenin – C₆H₁₂O₆- glukosa Ø Oxygenní fotosyntéza poskytuje O₂ z H₂O – anoxygenní fotosyntéza neposkytuje O₂ a nepotřebuje H₂O Ø Zdroj energie jsou molekuly polysacharidů obsahující CO₂, které jsou v zelených rostlinách – chloroplastech Ø Tři cykly fixace CO₂ - Calvinův C₃, Hatch-Slackův C₄ a CAM cyklus Ø C₃-cyklus v obilí a hrachu, C₄-cyklus v kukuřici a cukrové třtině, CAM cyklus v kaktusech Ø Chlorofyl obsahuje zelené barvivo – Mg²⁺ -fotooxidace

Význam fotosyntézy pro biosféru Ø Organické sloučeniny vytvářené při fotosyntéze heterotrofní organismy – člověk - při své výživě. Ø Calvinův cyklus Ø Chemická rovnice fotosyntézy Ø 6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O Ø Vnitřní energie ∆H = 2870 k. J/mol Ø V roce 1842 německý fyziolog Robert Mayer Ø CAM cyklus spotřebovávají

Chemické informační fondy Ø Poznání, pochopení a zkoumání chemických jevů uspokojuje kognitivní potřeby žáků Ø Potřeby seberealizace, uskutečnění osobního potenciálu, zajišťují prováděné chemické experimenty Ø Organizace práce a přísné dodržování pravidel bezpečnosti práce při chemických laboratorních cvičeních vyžaduje uplatnění estetických potřeb Ø Hlavní faktor školní úspěšnosti je žákova učební činnost a jeho vztah ke školní práci Ø Dominantní role žákovy motivace spočívá v jeho aktivitách, využívání a rozvíjení jeho schopností pomocí kladných a nových motivů Ø Motivační dispozice jsou uplatňovány v motivačních zdrojích, organizačních formách, prostředí vzdělávání

„Cokoli si usmyslíš nebo o čem sníš – to začni. Smělost v sobě skrývá génia, sílu a kouzlo. “ W. G.

MOTIVAČNÍ ZDROJE Ø Strukturu motivačních zdrojů tvoří poznávací, sociální a výkonové potřeby Ø Situace, které vytvářejí poznávací potřeby, jsou novost, překvapivost, problémovost, neobvyklost, záhadnost, možnost experimentovat Ø „Žák se rád učí, to co ho zajímá“, nejraději vykonává různé činnosti „chce být někým, kdo něco umí“ Ø Zajímavé chemické pokusy – www. chempok. wz. cz/ZCHP 20. pdf Ø Zajímavé chemické experimenty s látkami každodenního života Ø www. studiumchemie. cz/materialy/Renata_Sulcova/Zajimave_experime nty Ø /experimenty. pdf Ø Zajímavá chemie ? ? ? – www. katedry. osu. cz/kch/zch Ø „Žák nenajde nejlepší způsob jak něco vytvořit, pokud nepoužije svou vlastní fantazii. “

Analýza tvůrčí činnosti žáků Ø Činnosti vytvářející chemické pokusy lze přirovnat k řešení problémových úloh, které prostupují většinou vyučovacích předmětů Ø Při řešení problémové situace vzniká potřeba myšlení, navozuje se vznik nového kontextu při rozboru neznámého pojmu nebo zákona Ø Žák si vytvoří předpoklad pro vznik nových vazeb v procesu myšlení a pro možnost objevení nové zákonitosti Ø Myšlenkové operace, které žák postupně využívá v problémové metodě jsou pamětní reprodukce, porovnávání a třídění, zobecňování, dokazování, ověřování a sdělení poznatků Ø Fáze řešení problému: objevení problému a jeho analýza, řešení problému, kontrola správnosti řešení, zhodnocení výsledků Ø Rozumová analýza směřuje k vytvoření hypotéz a jejich ověření, zájem o řešení problému podporuje učitel vhodnou motivací

Využití problémových situací v chemii § Vyučovací metoda problémové vyučování splňuje ideální podmínky pro tvořivé získávání chemického učiva Typ získaného učiva Typ procesu Vyučovací metoda Vědomosti Empirické informace Zapamatování Předání informací Vědomosti Zákonitosti Řešení Problémové problémových vyučování situací Dovednosti Jednoduché Reprodukce dovedností Demonstrace vzoru dovednosti Dovednosti Složité Řešení praktických problémů Problémové vyučování

Systematická příprava žáků § Problémová situace musí mít kladný motivační vliv, žáci musí problém zvládnout § Důležitá je volba problémů přiměřené náročnosti a systematická příprava žáků pro práci s problémy Činnost učitele Sestavování problémových úloh Řízení procesu učení, klasifikace Možnosti žáka Problémové situace Formy, meto dy motivace

Problémové úlohy Ø Podle přístupu k řešení problémů lze žáky rozdělit na řešitele - výborné, průměrné, špatné Ø Výborný řešitel úlohu řeší samostatně, návod činnosti upřesňuje jeho myšlenkové analýzy Ø Průměrný řešitel úlohu řeší přes jednotlivé fáze, potřebuje pomoc učitele, jinak postupuje náhodně Ø Špatný řešitel úlohu řeší nesamostatně, návodu činnosti neporozumí Ø Otázky formulované v souvislosti s problémovou metodou Ø Jak soustředit pozornost žáků ? K čemu má žák řešením dospět? Je úkol žákem zvládnutelný? Jak vést myšlení žáků – použitím návodných otázek? Jak dlouho bude řešení trvat? Jakou použijeme zpětnou vazbu? Ø Řešení problému vede žáka k hledání souvislostí mezi poznatky, realizují se obtížné myšlenkové operace, vytváří se schopnost aplikací v praxi

Didaktická analýza chemického pojmu § Oblíbené chemické pojmy - OXIDACE a REDUKCE § Využití konkrétní představy – oxidační číslo, chemický prvek O, H, oxidační a redukční činidla § Obecná definice nového pojmu redoxní děj – úprava složitějších chemických rovnic § Uplatnění redoxních dějů v praxi – redoxní rovnováha – výroba kovů, elektrolytické pokovování, galvanické články a akumulátory § Zapojení zpětné vazby – vodivost elektrolytů § Laboratorní příprava kyslíku – problémové řešení ve skupinách § ÚKOLY : příprava chemikálií a laboratorní pomůcek, sestavení aparatury pokusu, provedení chemického pokusu, zápis rovnice chemické reakce a postupu průběhu chemické reakce § Žáci ve skupinách (3) – příprava kyslíku z okyseleného roztoku KMn. O₄ a H₂O₂, příprava kyslíku z KCl. O₃

Chemické prožívání a zkušenosti § Shrnutí uvedeného chemického pokusu – KYSLÍK je bezbarvý plyn, bez zápachu, těžší než vzduch, podporuje hoření, je oxidačním činidlem, při vzniku kyslíkatých sloučenin se redukuje, působí jako katalyzátor § Uvedené vlastnosti chemického prvku žáci zpracovávají podle zadaných otázek a odevzdávají vypracovaný chemický protokol

Chemické reakce a jejich průběh – změna skupenství § § § § Chemické reakce jsou změny, při kterých z reaktantů vznikají produkty. Průběh chemické reakce můžeme pozorovat, jestliže při reakci kapalných nebo pevných látek vzniká plyn – látka v jiném skupenství, než jsou reaktanty. Vývoj plynu v průběhu chemické reakce - HCOOH + H₂SO₄ → H₂O + CO v destil. baňce 2 CO + O₂ → 2 CO₂ hoření plynu modrým plamenem Do destilační baňky nalijeme 20 cm³ koncentrované kyseliny mravenčí a 30 cm³ kyseliny sírové. Baňku uzavřeme zátkou, kterou prochází trubice o průměru 5 mm, dlouhá 40 cm, zakončená kapilárou. V baňce po smísení kapalin, mírném zahřátí, probíhá chemická reakce, při které se vyvíjí plyn. Po chvíli, unikající plyn na konci trubice zapálíme. Barevný plyn s kyselými účinky - 2 Pb(NO₃)₂ → 2 Pb. O + O₂ + 4 NO₂ plyn je toxický Ve velké zkumavce, uzavřené chomáčkem skelné vaty, zvolna zahříváme 2 g dusičnanu olovnatého. Pevná bílá látka se rozkládá za vzniku hnědého plynu – oxidu dusičitého. Navlhčený indikátorový papírek u ústí zkumavky zčervená. Pokusy jsou časově i ekonomicky nenáročné, ale je nutné dbát na bezpečnost při jejich provádění. Hrozí nadýchání škodlivých plynů - postiženého dopravíme na čerstvý vzduch, nedýchá-li, zahájíme dýchání z plic do plic a zajistíme co nejrychleji lékařskou pomoc.

Průběh chemické reakce – změna barvy § Chemické reakce jsou změny látek, při kterých se mění chemické vazby mezi stavebními částicemi látek. Průběh reakce můžeme dobře pozorovat odlišným zbarvením produktů. § V roztoku probíhá oxidačně-redukční reakce 3 C₂H₅OH + K₂Cr₂O₇ + 4 H₂SO₄ → 3 C₂H₄O + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7 H₂O bezb. r. oranžová bezb. r. zelená § Do velké zkumavky si připravíme 5% oranžový roztok dichromanu draselného, okyselíme 2 cm³ roztoku kys. sírové (15%). K roztoku ve zkumavce přidáme opatrně několik cm³ ethanolu. Pozorujeme, že oranžová barva roztoku se postupně mění na barvu zelenou. § Redoxní reakce jsou provázeny změnou zbarvení, průběh můžeme odhadnout pomocí hodnot standardních elektrodových potenciálů.

Rozpustnost chemických látek v různých rozpouštědlech § Nepolární rozpouštědla jsou kapalné uhlovodíky a jejich deriváty – aceton, benzen, toluen, benzín - dobře rozpouští nepolární chemické látky – chemické prvky, chemické sloučeniny s nepolárními molekulami. § Polární rozpouštědla jsou anorganické chemické sloučeniny – voda, amoniak – dobře rozpouští polární a iontové chemické látky – anorganické kyseliny, hydroxidy a soli. § Do zkumavky s benzínem o objemu 15 cm³ vhodíme krystalky jodu. Protřepeme a získáme intenzivně fialový roztok. Do druhé zkumavky s destilovanou vodou o objemu 15 cm³ vhodíme krystalky manganistanu draselného. Protřepeme a získáme opět intenzivně fialový roztok. § Nyní k roztoku jodu přilijeme 5 cm³ destilované vody a k roztoku manganistanu draselného 5 cm³ benzínu. Roztoky protřepeme a necháme ustát. V obou zkumavkách se oddělí dvě vrstvy kapalin – bezbarvá a fialová. V jedné zkumavce je spodní vrstva fialová a horní bezbarvá a ve druhé naopak.

Chemické vlastnosti skupiny prvků - halogeny § Chemické vlastnosti halogenů, nekovy, jsou určeny schopností jejich atomů přijímat elektrony a vytvářet jednoduché nebo složené anionty. Halogeny reagují s kovy za vzniku halogenidů. Fluor reaguje za laboratorní teploty, chlor, brom a jod za zvýšené teploty. § Příprava chloru – 2 KMn. O₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 Mn. Cl₂ + 8 H₂O + 5 Cl₂ § Slučování kovu a nekovu – 2 Na + Cl₂ → 2 Na. Cl efektní pokus § Slučování prvku s hydroxidem – Cl₂ + 2 Na. OH → Na. Cl + Na. Cl. O + H₂O § Rychlá reakce bromu s hliníkem – 2 Al + 3 Br₂ → 2 Al. Br₃ bílý sraženina § Sestavíme aparaturu na vývoj plynného chloru. Do baňky dáme 8 g KMn. O₄ a do dělící nálevky nalijeme 50 cm³ koncentrovaného roztoku HCl. Zkontrolujeme těsnění aparatury a začneme přikapávat kyselinu do baňky. Vzájemnou reakcí vzniká chlor, který jímáme do roztoku Na. OH. Nakonec uskutečníme reakci se sodíkem. § Do válce nalijeme několik cm³ bromu. Opatrně vhazujeme kousky hliníku a probíhá bouřlivá chemická reakce. Používáme ochranné pomůcky !!!

Příprava chemického prvku § V laboratoři můžeme připravit ozon reakcí peroxidu kovu s koncentrovanou anorganickou kyselinou. § Chemická rovnice - 3 Ba. O₂ + 3 H₂SO₄ → 3 Ba. SO₄ + 3 H₂O + O₃ § Důkaz ozonu jodem - 2 KI + H₂O + O₃ → 2 KOH + I₂ + O₂ § Do kádinky, která je zvenku chlazena směsí ledu a Na. Cl, nasypeme malou lžičku Ba. O₂ a pomalu přikapáváme z dělící nálevky ochlazenou H₂SO₄. § Vzniká O₃, který určíme čichem, dále použitím proužku filtračního papíru, nasyceného roztokem jodidem draselného, nebo použitím navlhčeného jodidoškrobového papírku. Filtrační papír se zbarví vyloučeným jodem do hněda, jodidoškrobový papírek zmodrá.

Příprava chemické sloučeniny § Peroxid vodíku H₂O₂ připravíme v laboratoři reakcí zředěné kyseliny sírové a peroxidu barnatého Ba. O₂. § Možnosti: Ba. O₂ + H₂SO₄ → Ba. SO₄ + H₂O₂ § Ba. O₂ + 2 HCl → Ba. Cl₂ + H₂O₂ § Na₂O₂ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O₂ § Do zkumavky nasypeme 2 g peroxidu barnatého, přidáme 2 cm³ roztoku kyseliny sírové. Vzniká bílá sraženina Ba. SO₄ a H₂O₂, směs přefiltrujeme. K filtrátu přidáme na špičku lžičky práškový oxid manganičitý, rozkladem peroxidu vodíku se uvolňuje kyslík. Uvolněný O₂ dokážeme doutnající špejli, která vzplane. § Rozklad peroxidu vodíku - 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ § Chemické reakce v tomto pokusu vždy obsahují alkalické kovy alkalických zemin.

Důkazy kationtů kovů srážením jejich sulfidů § Sulfidy kovů jsou pevné látky, často velmi málo rozpustné ve vodě a charakteristicky zbarvené. Tyto vlastnosti chemických sloučenin se využívají v analytické chemii. § Ve zkumavkách probíhají chemické reakce § Cd²⁺ + S²⁻ → Cd. S sulfid kademnatý – žlutý § Sn²⁺ + S²⁻ → Sn. S sulfid cínatý – hnědý § 2 Sb³⁺ + S²⁻ → Sb₂S₃ sulfid antimonitý – oranžový § Cu²⁺ + S²⁻ → Cu. S sulfid měďnatý – černý § Do zkumavek dáme po 6 cm³ roztoků Cd(NO₃)₂, Sb. Cl₃, Sn. Cl₂, Cu. SO₄, okyselených několika kapkami kyseliny chlorovodíkové. Do každé zkumavky přidáme asi 1 cm³ čerstvě připravené sulfanové vody. Vznikají barevné sraženiny. Sulfidy iontů kovů se srážejí v kyselém nebo amoniakálního prostředí. Fe. S + 2 HCl → Fe. Cl₂ + H₂S sulfanová + H₂O

Analytické důkazy siřičitanů a síranů § K analytickým důkazům kyslíkatých iontů síry využíváme redoxní reakce nebo vznik málo rozpustných sloučenin, které tyto ionty tvoří s některými kationty kovů. § 2 Ag⁺ + SO₃²⁻→Ag₂SO₃ bílá sraženina, rozpustná ve zředěné HNO₃ a v NH₃ § SO₃²⁻ + I₂ + H₂O → SO₄²⁻ + 2 I⁻ + 2 H⁺ redukce jodu ionty SO₃²⁻ § Pb²⁺ + SO₄²⁻ → Pb. SO₄ bílá sraženina, nerozpustná ve zředěné HNO₃ § Důkaz SO₃²⁻ - Do zkumavky dáme 5 cm³ roztoku siřičitanu, dále do zkumavky přidáme 5 cm³ roztoku Ag. NO₃, vznikne bílá sraženina. Přítomnost siřičitanů můžeme dokázat oxidací na sírany: Do zkumavky dáme 1 cm³ roztoku siřičitanu a přikapáváme roztok jodu. Siřičitanové anionty se oxidují na síranové a jod se redukuje na bezbarvé anionty jodidové. Roztok se odbarví. § Důkaz SO₄²⁻ - Do zkumavky dáme 5 cm³ roztoku síranu a přidáme 5 cm³dusičnanu olovnatého Pb(NO₃)₂, vznikne bílá sraženina.

Vědecko-výzkumné aktivity vytvářejí impulsy umožňující vlastním, originálním, konkrétním prožitím odhalit neznámé oblasti, dosáhnout vědomosti, získat empirické poznatky

Příprava síranu vápenatého § Příprava síranu vápenatého je založena na srážecí reakci iontů vápenatých a iontů síranových § Ca. Cl₂ + H₂SO₄ → Ca. SO₄ + 2 HCl § Pokus provedeme na podložním sklíčku, k jedné kapce zředěného roztoku Ca. Cl₂ naneseme jednu kapku zředěné H₂SO₄, kapky smícháme a H₂O necháme volně odpařit, pod mikroskopem můžeme pozorovat jehličkovité krystaly § K 10 cm³ nasyceného roztoku Ca. Cl₂ přidáváme po kapkách 10 % roztok H₂SO₄. Sráží se bílý, jemně krystalický síran vápenatý. Ca. SO₄ krystalizuje jako dihydrát Ca. SO₄. 2 H₂O (sádrovec). Při zahřátí na 100 C se částečně dehydra§ tuje na hemihydrát Ca. SO₄. ½H₂O (sádra). § Př. : Kolik dm³ H₂SO₄ (c=0, 2 mol. dm⁻³) potřebujeme na vysrážení Ca. SO₄ z 0, 25 dm³roztoku Ca. Cl₂(c=0, 4 mol. dm⁻³)? § V(H₂SO₄) = (0, 4 mol. dm⁻³. 0, 25 dm³) : 0, 2 mol. dm⁻³ = 0, 5 dm³ § Na vysrážení Ca. SO₄ z roztoku Ca. Cl₂ potřebujeme 0, 5 dm³ H₂SO₄.

Základy fotografické chemie § Základem fotografického procesu je redukce iontů Ag⁺ na elementární Ag. Redukce se po osvětlení filmu a vzniku latentního obrazu dokončí ve vývojce, jejíž hlavní součástí je hydrochinon. Nezredukovaný Ag. Br se odstraní v ustalovači, který obsahuje thiosíran sodný. § 1. zkumavka – KBr + Ag. NO₃ → Ag. Br + KNO₃ § 2. zkumavka - 2 Ag. Br + C₆H₄(OH)₂ → 2 Ag + C₆H₄O₂ + 2 HBr § Ag⁺ + hydrochinon → Ag + p-benzochinon § 3. zkumavka - Ag. Br + 2 Na₂S₂O₃ → Na. Br + Na₃[Ag(S₂O₃)₂] bis(thiosulfato) stříbrnan sodný § Do zkumavky nalijeme 10 cm³ roztoku KBr. Po kapkách k němu přidáváme roztok Ag. NO₃, dokud vzniká světle žlutá sraženina Ag. Br. Vzniklou sraženinu rozdělíme do dvou dalších zkumavek. Do jedné z nich nalijeme roztok hydrochinonu a do druhé roztok thiosíranu. Zkumavky uzátkujeme a jejich obsah důkladně protřepeme. Pozorujeme změny ve zkumavkách. KBr(5%), Ag. NO₃(1%), Na₂S₂O₃(10%), C₆H₄(OH)₂ (10%)

Příprava methanu redukcí chloroformu zinkem § Redukcí chloroformu zinkem vzniká methan. Methan se jímá do válce nad vodou. Při práci s CH₄ dodržujeme bezpečnostní pokyny pro práci s hořlavinou. § CHCl₃ + 3 Zn + 3 H₂O → CH₄ + 3 Zn(OH)Cl § Průběh reakce lze urychlit opatrným zahřátím baňky. Po ukončení jímání plynu, dáváme pozor na nasávání vody do aparatury. § Do frakční baňky o objemu 250 cm³ nalijeme 20 cm³ ethanolu. Přisypeme 10 g Zn – prášku a přilijeme 10 cm³ chloroformu. Jako katalyzátor přidáme 2 cm³ 10 % roztok síranu měďnatého. Reakce probíhá za laboratorní teploty, baňku nezahříváme. Unikající plyn jímáme nad vodou do menších válců. § Zkumavková aparatura k přípravě plynných uhlovodíků – uzavřená zkumavka se skleněnou vývodovou trubicí na kterou je nasazena další zkumavka pro jímání plynu, kádinka s vodou, kterou prochází plyn

Příprava ethanu redukcí methyljodidu kovem § Redukcí methyljodidu působením kovu vzniká ethan. Reakce se nazývá Wurtzova syntéza, má radikálový průběh. § 2 CH₃I + 2 Na → C₂H₆ + 2 Na. I 2 CH₃I + Cu → C₂H₆ + Cu. I₂ § Do velké zkumavky vsuneme smotek skelné vaty (do ¼). Do vaty pipetou napustíme 3 -4 cm³ methyljodidu a vsuneme malý smotek suché vaty. Za něj nasypeme náplň Cu-hoblin v délce 3 -5 cm zkumavky. Zkumavku uzavřeme zátkou s odvodnou trubicí k jímání plynu nad vodou. Nejprve silně zahřejeme náplň zkumavky s Cu. Skelná vata se nezahřívá, rozvodem tepla po stěně zkumavky se začne vypařovat methyljodid a jeho páry přecházejí přes rozžhavenou měď. Unikající plyn jímáme nad vodou, zkumavka s reaktanty je uchycena vodorovně. § Zkumavku s 5 cm³ methyljodidu uchytíme šikmo na stojan a vhodíme do ní malý kousek sodíku (velikosti hrášku). Reakce probíhá samovolně za vývoje plynu, který jímáme nad vodou. § Při práci dodržujeme bezpečnostní pokyny a pravidla bezpečnosti práce.

Příprava alkenu dehydratací alkoholu § Reaktantem k přípravě ethenu je ethanol, probíhající reakce je eliminace. Dehydratace alkoholu se provádí koncentrovanou kyselinou sírovou. § C₂H₅OH + H₂SO₄ → 180 C → C₂H₄ + H₂O pozor žíravina, § C₃H₇OH + H₂SO₄ → 180 C → C₃H₆ + H₂O ochranné rukavice § Sestavíme aparaturu na vývoj plynu. Do frakční baňky o objemu 250 cm³ nasypeme trochu písku, připravíme reakční směs. K ethanol o objemu 50 cm³ za stálého míchání přidáváme 50 cm³ koncentrované kyseliny sírové. Kádinku se směsí máme ve větší kádince (400 -800 cm³) s chladící směsí vody a ledu. Připravenou směs nalijeme do frakční baňky a zazátkujeme se zasunutým teploměrem až do reakční směsi. Obsah baňky zahříváme do 180 C a sledujeme vývoj plynu. Po chvíli vyvíjející se plyn je ethen (podle použitého alkoholu), jímáme do válce nad vodou – ochranný štít § Dodržujeme bezpečnostní pokyny a pravidla bezpečnosti práce.

Příprava esterů karboxylových kyselin § Esterifikace se provádí zahříváním směsi kyseliny a alkoholu za katalýzy kyseliny sírové. K přípravě esterů je vhodné použít vyšší alifatické kyseliny nebo aromatické kyseliny, aby vznikly produkty s charakteristickými vůněmi. § Obecná rovnice: R-COOH + R₁-OH →H₂SO₄→ R-CO-O-R₁ + H₂O § Do velké zkumavky si připravíme reakční směs: karboxylové kyseliny a alkoholu. Je-li kyselina pevná látka (kyselina benzoová), zahříváme směs do rozpuštění. Ke směsi přidáváme několik kapek koncentrované H₂SO₄. K přípravě většího množství esteru zahříváme směs v destilační baňce pod refluxem. Pro přípravu malého množství esteru použijeme dvě zkumavky, z nichž menší horní, vsunutá zčásti do větší dolní zkumavky a naplněná studenou vodou, slouží jako chladič. Doba zahřívání reakční směsi je 5 – 10 minut. Směs ze zkumavky vylijeme do kádinky se studenou vodou, při nízké koncentraci par je dobře cítit vůně esteru.

Přehled esterů s charakteristickými vůněmi ALKOHOL KYSELINA ESTER TYP VŮNĚ ethanol octová ethylacetát po ovoci 1 -butanol octová butylacetát po ovoci 1 -pentanol octová pentylacetát po ovoci ethanol máselná ethylbutanoát po broskvích methanol máselná methylbutanoát po ananasu ethanol benzoová ethylbenzoát po karafiátech 1 -pentanol benzoová pentylbenzoát po ambře 1 -pentanol salicylová pentylsalicylát po orchidejích 1 -butanol propionová butylpropionát po rumu methanol salicylová methylsalicylát po karamelu

DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST RENATA ŠAFRÁNKOVÁ WWW. UJEP. CZ