informacje



wtorek, 9 czerwca 2020

Ostatnio w laboratorium (76.)

Nie tak dawno opisywałem metodę mianowania nadmanganianu potasu. Podczas reakcji związek manganu redukuje się aż do wartościowości II. W zasadzie powstaje nam rozcieńczony roztwór siarczanu manganu. A skoro tak, to można go wykrystalizować.

Roztwór po tamtym mianowaniu odstawiłem do szafki na tak długo, aż wypadły drobne kryształy.
Siarczan manganu tworzy przezroczyste kryształy, wyglądające jak kawałki szkła, o tabliczkowatym pokroju i lekko różowawym kolorze.
Z kwaśnego roztworu najprawdopodobniej wykrystalizował monohydrat. Związek tworzy wiele form uwodnionych, aż do odmiany z 7 cząsteczkami wody, mocniej uwodnione wersje mają mocniejszy różowy kolor.

Siarczan manganu II bywa używany jako składnik nawozów mineralnych, surowiec do produkcji dwutlenku manganu o odpowiedniej strukturze czy jako reduktor w chemii organicznej.

poniedziałek, 25 maja 2020

Ostatnio w laboratorium (75.)

Ostatnio w laboratorium wyciągałem piperynę z czarnego pieprzu. Drapanie się po policzku palcem, którym wcześniej odciskałem sączek nie było dobrym pomysłem.

Piperyna to główny alkaloid odpowiedzialny za ostry smak pieprzu czarnego. Działa na zakończenia nerwowe aktywując receptory bólu. Pobudza wydzielanie soków trawiennych, w ostatnich latach wzbudza zainteresowanie jako składnik suplementów na odchudzanie.
Wydzieliłem ją z pieprzu poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikami organicznymi. Krystalizuje w formie drobnych, igiełkowatych kryształków.

poniedziałek, 18 maja 2020

Mianowanie nadmanganianu potasu

Aby drogą klasycznego miareczkowania dokładnie określić ilość badanej substancji w próbce, trzeba posiadać odczynnik o dokładnie znanym stężeniu. Jeśli mamy do dyspozycji gotowe roztwory mianowane o dostatecznej trwałości, to nie ma większego problemu, ale czasem musimy przygotować go sami i sami określić jego stężenie.
Samo tylko odważenie czystej substancji i wyliczenie stężenia jakie powinna mieć, w wielu przypadkach nie wystarczy. Przykładowo nadmanganian potasu zwykle nie jest zupełnie czysty; jako silny utleniacz ulega stopniowemu rozkładowi do tlenku manganu, więc w odważonej ilości jest mniej czystego związku. Jeśli chcemy go zmianować, musimy poddać go ilościowej reakcji z jakimś innym odczynnikiem o znanym stężeniu.
Kryształy nadmanganianu potasu

W przypadku nadmanganianu często używaną substancją wzorcową jest kwas szczawiowy lub szczawian sodu. Mają one tą dobrą właściwość, że nie rozkładają się łatwo i nie są higroskopijne, czyli wilgotność ma mniejszy wpływ na faktyczną zawartość substancji w substancji. Ponadto reagują ilościowo i to na tyle wyraźnie wizualnie, że pozwala to na łatwe uchwycenie punktu zupełnego przereagowania.

Sama reakcja chemiczna jest dość ciekawa. Kwas szczawiowy, to w zasadzie dwie połączone ze sobą grupy karboksylowe. Pod wpływem mocnych utleniaczy wiązanie między nimi pęka, węgle karboksylowe wskakują na wyższy stopień utlenienia a cały związek zamienia się w dwutlenek węgla. Nadmanganian w bardzo kwaśnym środowisku ulega dość silnej redukcji ze stopnia utlenienia VII na II. Rozpisując ten proces elektronowo, nadmanganian przyjmuje pięć elektronów a szczawian oddaje dwa, stąd proporcje molowe reagujących jonów 5:2.
5C2O42– + 2MnO4 + 16H+ + 10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O

Wymiana w procesie łącznie 10 elektronów pomiędzy siedmioma cząsteczkami i przyłączenie takiej ilości protonów, to nie takie hop-siup, nowe publikacje analizujące tę starą reakcję odkrywają skomplikowany mechanizm, dający się podzielić na kilkanaście etapów.[1]

 Interesującą rzeczą jest w tym zmienna szybkość reakcji. Początkowo po dodaniu niewielkiej ilości nadmanganianu do szczawianu, reakcja zachodzi dość powoli. Przez kilka-kilkanaście sekund nie widać niczego szczególnego. Stopniowo nadmanganian odbarwia się aż do przezroczystego roztworu. Kolejne niewielkie porcje odbarwiają się szybciej aż w maksimum kolor kropli znika w momencie połączenia z powierzchnią.
Okazuje się, że zredukowana forma manganu jest w tej reakcji katalizatorem. Ponieważ powstaje ona w jej trakcie, ilość katalizatora wzrasta, co raptownie przyspiesza reakcję. Oczywiście nie działa to w nieskończoność. W końcu w roztworze zaczyna brakować reduktora i reakcja zwalnia z braku substratu. Punkt końcowy to moment, gdy nie ma już kwasu szczawiowego w roztworze. Widać go doskonale, bo w tym momencie następna dodana kropla już się nie odbarwia. Odczynnik jest tu w zasadzie wskaźnikiem. Ponieważ wcześniej odważyliśmy dokładnie kwas szczawiowy i wiemy ile jest go w roztworze, możemy wyliczyć jaka ilość nadmanganianu była potrzebna do utlenienia a ze znanej objętości roztworu jego stężenie.

Sama procedura miareczkowania nie jest skomplikowana, może tylko trochę niewygodna. Odmierzamy określoną objętość roztworu kwasu szczawiowego, mocno zakwaszamy kwasem siarkowym (reakcja pochłania ogromne ilości protonów). Całość podgrzewamy do temperatury około 60 stopni i zaczynamy miareczkowanie na gorąco. Podwyższona temperatura ma ułatwić ulatywanie z roztworu bąbelków dwutlenku węgla, co przyspiesza początkowy etap. Wkraplanie prowadzimy aż do momentu, gdy ostatnia kropla wywoła zabarwienie utrzymujące się przynajmniej 20-30 sekund.


Przypuszczam, że dałoby się to samo miareczkowanie przeprowadzić potencjometrycznie a może nawet pehametrycznie.

-------
[1]  J. Phys. Chem. A 2004, 108, 50, 11026-11031

czwartek, 30 kwietnia 2020

OH - te grupy!

Gdy pisałem opinię o tej nieszczęsnej lekcji chemii w TVP przyszło mi do głowy, że czymś, czego brakowało w obu tych lekcjach, a co stanowiło punkt wspólny, było wyjaśnienie czym różni się grupa wodorotlenową w alkoholach i w wodorotlenkach metali. Pojawia się ona w wielu miejscach - jest połączona z metalami  w wodorotlenkach, z niemetalami w kwasach, z węglem w alkoholach, z pełniącym inną funkcję węglem w kwasach karboksylowych, czasem pełni rolę grupy kwasowej w związkach nienasyconych. Czym różni się w tych sytuacjach? Co różni wodorotlenek chromu i kwas chromowy?
W dużej mierze to, czy silniejsze jest wiązanie między tlenem a wodorem czy może jednak między tlenem a innym pierwiastkiem. Nie wiem czy objaśnienia te będą pasowały poziomem do 7 klasy, ale cóż, lepiej czasem wyjaśnić dokładniej, niż potem prostować.



Elektroujemność i siła wiązań
Tlen to niemetal o wysokiej elektroujemności wynoszącej 3,5 w skali Paulinga, to jest o dużej skłonności przyciągania elektronów. Wynika to ze stosunkowo małego rozmiaru przy ładunku jądra wynoszącym +6 i słabszego ekranowania przez podpowłoki p, na których zgromadzona jest ponad połowa ładunków ujemnych.  Z tych powodów generalnie elektroujemność pierwiastków rośnie w prawo, wraz ze wzrostem ładunku, i ku górze układu okresowego, wraz ze spadkiem wielkości atomu, z maksimum w reaktywnym fluorze.
Dla wodoru elektroujemność jest średnia - 2,2. Podobna jak dla niektórych metali i półmetali. To najmniejszy atom ale też z najmniejszym ładunkiem jądra. Wiązanie tlen - wodór jest więc spolaryzowane, większość ładunku jest przesunięta na tlen, ale nie ma jeszcze charakteru jonowego.
Podobnie rzecz wygląda dla wiązania węgiel-tlen. Różnica elektroujemności nie za duża, sumarycznie więc wiązanie jest polaryzowanym kowalencyjnym.

Gdy tlen jest połączony z jakimś metalem sytuacja wygląda inaczej. Metale zwykle mają niską elektroujemność, słabiej wiążą najdalsze elektrony, toteż duża różnica w sile ściągania ładunku powoduje niemal zupełne przejście elektronu na tlen. W ujęciu klasycznym jest to po prostu przeskok elektronu z metalu na tlen i powstanie jonów, łączących się dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu. W ujęciu chemii kwantowej nie jest tak do końca, bo nawet wiązania jonowe mają pewien kilkuprocentowy udział kowalencyjny, część ładunku dzielona jest pomiędzy atomami. Między jonami gęstość elektronowa wykazuje minimum.

Dla zachowania się grupy X-O-H rodzaj wiązań ma zasadnicze znaczenie. Pęknięcie wiązania, to jest jego dysocjacja, dla różnych typów zachodzi na różne sposoby. Wiązanie jonowe wprawdzie jest stosunkowo mocne, na jego rozerwanie przez drgania termiczne trzeba zastosować wysoką temperaturę, ale też w pewnych szczególnych warunkach jony łatwo się rozdzielają. W zasadzie nie musi tutaj następować przesuwanie się ładunku, bo elektrony już są przesunięte, trzeba tylko osłabić ich elektrostatyczne przyciąganie.
Na siłę przyciągania przeciwnych ładunków wpływa między innymi stała dielektryczna ośrodka. Dla takiej na przykład wody jest ona wysoka, około 80 razy większa niż w próżni. Tyle więc razy osłabnie siła przyciągana jonów całkowicie otoczonych wodą. Inny mechanizm, który ma tutaj udział, to solwatacja, to jest otoczenie jonu cząsteczkami rozpuszczalnika.
Woda ma akurat o tyle cenną właściwość, że jest wyraźnie polarna, to jest wykazuje przesunięcie gęstości ładunku w jedną stronę cząsteczki. Solwatacja między jonem a rozpuszczalnikiem polarnym także przypomina przyciąganie ładunków. Cząsteczki są ściągane tą stroną, która posiada cząstkowy ładunek przeciwny, do napakowanego elektronami tlenu zbliżać się więc będą wodorami. W wyniku tego jon zaczyna silniej oddziaływać z rozpuszczalnikiem i może zostać wyrwany z kryształu.

W efekcie paradoksalnie w rozpuszczalnikach o pewnych właściwościach wiązanie jonowe puszcza całkiem łatwo. Układ X-O-H rozpada się więc na jony X+ i HO- a my mówimy o związku, że jest zasadą. Grupa hydroksylowa mająca charakter bardziej jonu chętnie też reaguje z dodatnio naładowanymi protonami (a właściwie jonami oksoniowymi), stąd reakcja zobojętnienia, zachodząca też z wodorotlenkami nierozpuszczalnymi.

Z drugiej strony znamy związki, w których to wodór chętnie odchodzi. Są to kwasy tlenowe, najczęściej z niemetalami, ale też z niektórymi metalami przejściowymi. W kwasie siarkowym H2SO4 pojawiają się dwa układy S-O-H. Szczególnym przypadkiem są takie metale jak chrom i wanad, które tworzą zarówno wodorotlenki jak i kwasy. Czym więc różni się układ Cr-O-H w kwasie chromowym od układu Cr-O-H w wodorotlenku chromu? Stopniem utlenienia atomu centralnego.
Stopień utlenienia to sposób na określenie tego jakiego atom pierwiastka w związku doznaje nadmiaru lub niedoboru ładunku względem swojego stanu podstawowego obojętnego. Definiuje się go jako liczba możliwych wiązań jonowych jakie mógłby utworzyć będąc w takim stanie elektronowym. Ale my poprzestańmy na definicji mówiącej o ilości odczuwanego ładunku.

Jeśli atom w związku odczuwa niedobór ładunku, a więc ma dodatni stopień utlenienia, jest właściwie trochę jonem dodatnim. W związku z tym przesuwa ku sobie trochę ładunku ujemnego z połączonego z nim tlenu. Wiązanie z tlenem staje się więc dużo mniej spolaryzowane. Z drugiej strony ubytek ładunku z tlenu, który współdzieli poprzez spolaryzowane wiązanie część ładunku z wodorem, powoduje wyssanie większej części tego uwspólnionego ładunku z wodoru. Wodór staje się więc nieco bardziej kationem a wiązanie z tlenem nabiera charakteru dużo bardziej jonowego, niż by to wynikało z prostej różnicy elektroujemności. A skoro jest bardziej jonowe, to chętniej ulega rozerwaniu w specyficznych warunkach odpowiednio dobranego rozpuszczalnika.  Odszczepianie protonu to właśnie to, co robią kwasy.

 W przypadku niemetali, które już mają wysoką elektroujemność, a więc skłonność ściągania ładunku, wysysanie elektronów z tlenu następuje o tyle łatwo, że praktycznie każdy ich związek wodorotlenowy ma charakter kwasowy. Jednak ze wzrostem stopnia utlenienia niemetalu efekt jest coraz wyraźniejszy, bo nie dość, że atom jest bardzo elektroujemny, to jeszcze ma niedobór ładunku. Dlatego tlenowe kwasy niemetali są coraz bardziej kwaśne im wyższy jest stopień utlenienia. Kwas siarkowy VI jest wyraźnie mocniejszy od siarkowego IV, a ten od siarkowego II. Z klasów tlenowych chloru najmocniejszy jest kwas nadchlorowy (kw. chlorowy VII).
Dla ujemnych stopni utlenienia obserwujemy odwrotne zjawisko - atom centralny odczuwa dużo ładunku, odsuwa więc od siebie ładunek tworzący wiązanie z tlenem co zwiększa jego polaryzację. Dlatego chrom o stanie utlenienia -2 tworzy wodorotlenek, będący zasadą, a na stanie utlenienia +6 tworzy kwas chromowy.

Nie są to jedyne przyczyny, dodatkowy efekt daje stabilizacja ładunku ujemnego - cząsteczka oddająca proton staje się anionem, ale im trudniej jest jej utrzymać ten ładunek, tym mniej chętnie równowaga reakcji przesuwa się w tę stronę. Stabilizacja powoduje, że powstała po deprotonacji zasada jest trwalsza i zarazem mniej chętnie protonuje się z powrotem. Równowaga reakcji przesuwa się więc ku częstszemu oderwaniu atomu wodoru. I tu oczywiście im bardziej elektroujemny lub bardziej utleniony jest atom centralny, tym chętniej ładunek stabilizuje się w obrębie cząsteczki.
Może w tym też pomagać geometria układu tworząca pewne stabilniejsze struktury elektronowe.

W kwasach mających wiele możliwych do oddania protonów obserwuje się, że drugi i kolejny odrywają się już mniej chętnie. Wynika to głównie stąd, że zabierający ze sobą ładunek dodatni proton jest przyciągany przez ujemny ładunek reszty, oraz po części przez wpływ zwiększenia ujemnego ładunku na pozostałe tu omówione efekty.
Trzeci proton kwasu ortofosforowego odrywa się dopiero w dość zasadowych warunkach.

A węgiel?
Jak sytuacja wygląda dla związków organicznych? Jak się rzekło, różnica elektroujemności między tlenem a węglem nie jest taka znów duża, z kolei węgiel ma dosyć ograniczone możliwości jeśli chodzi o stan utlenienia, dochodzi maksymalnie do +4. Tymczasem mamy z jednej strony alkohole, które nie odszczepiają chętnie ani grupy OH ani wodoru, a z drugiej strony mamy kwasy karboksylowe i fenole, które chętnie pozbywają się tego ostatniego.

W pewnym stopniu działają tutaj opisane już efekty, ale decydującym staje się stabilizacja ujemnego ładunku. Popatrzmy na fenole - związki z grupą OH przy pierścieniu aromatycznym. Już samo to sąsiedztwo dużo daje. W układzie aromatycznym elektrony, z których normalnie utworzyłyby się wiązania podwójne, tworzą układ rozciągnięty na cały pierścień. Gęstość elektronowa w obrębie tego pierścienia jest dość duża. Wykazuje on ponadto właściwości magnetyczne jak jedna pętelka cewki. Pierścień ma skłonność ściągać do siebie ładunki z grup sąsiadujących. Gdy więc bezpośrednio do pierścienia przyłączana jest grupa wodorotlenowa, jej proton staje się bardziej aktywny, a jego wiązanie z tlenem bardziej spolaryzowane.

Z drugiej strony ładunek ujemny pozostający po oderwaniu protonu ma dużo możliwości stabilizacji. Może powstać wiązanie podwójne z pierścieniem, ładunek może przejść na pierścień i przesuwać się w różne strony tworząc kilka struktur mezomerycznych. Wreszcie sama skłonność układu aromatycznego aby ściągać ładunek pomaga w jego utrzymaniu. W efekcie fenole są lekko kwaśne, prototypowy benzeno-fenol tworzy sól wodorotlenkiem sodu.
 Pozytywnie na ten efekt działają grupy wyciągające elektrony z pierścienia, a więc fluorowce, grupy nitrowe. Zmniejszają gęstość ładunku w układzie aromatycznym, co pociąga za sobą też elektrony z tlenu. 2,4,6-Trójnitrofenol, czyli kwas pikrynowy, jest dzięki temu mocniejszy niż kwas octowy.

Mapa potencjału elektrostatycznego kwasu octowego. Czerwony kolor na tlenach oznacza zagęszczenie na nich elektronów, niebieski kolor na karboksylowym wodorze oznacza, że jest on najbardziej zubożony w ładunek i najchętniej odchodzi.

Trochę podobnie wygląda sytuacja z kwasami karboksylowymi, gdzie anion może być stabilizowany w strukturach mezomerycznych możliwych w całej tej grupie. Ładunek z wodoru grupy OH jest też odciągany za sprawą drugiego tlenu. Jeśli do węgla karboksylowego przyłączona jest grupa, która odciąga z niego elektrony, to kwasowość związku wzrasta. Stąd kwas chlorooctowy jest mocniejszy od octowego a dichlorooctowy on mono-chloro. W szczególności kwas trifluorooctowy jest za sprawą tego efektu bardzo mocny, oddając protony łatwiej niż kwas fosforowy.

Czym w takim razie są alkohole? Pechowcami bez dobrych warunków. W większości przypadków żaden z tych efektów nie pomaga w znaczący sposób ani oderwaniu całej grupy OH ani nawet samego tylko wodoru. Aby oderwać od nich proton trzeba użyć dość mocnych zasad, przykładowo w reakcji z metalicznym sodem lub litem tworzą alkoholany, będące w pewnych warunkach wygodnymi organicznymi zasadami. Oderwanie od nich całej grupy alkoholowej wymaga specyficznych warunków, zwykle obecności mocnych kwasów.
Czasem pomóc im mogą pewne dodatkowe grupy, jeśli położone są wystarczająco blisko. Grupy wyciągające ładunek, a więc azotanowe lub fluorowce, połączone z pierwszym węglem za grupą hydroksylową zwiększają kwasowość alkoholu. W skrajnym przypadku nonafluoro-tertbutanolu, trzy grupy trifluorometanowe działają tak silnie, że alkohol jest tylko trochę mniej kwaśny od kwasu octowego.


Podsumowując
Grupa OH zmienia właściwości zależnie od tego z czym jest połączona. Dla związków nieorganicznych połączenie z metalem o niskiej elektroujemności lub niskim/ujemnym stopniu utlenienia będzie miało charakter soli z jonowym wiązaniem M-OH, z grupą wodorotlenową reagującą z kwasami i w części przypadków ulegającej w rozpuszczalnikach polarnych pełnej dysocjacji jako anion. Związki takie nazywamy więc wodorotlenkami lub zasadami metalicznymi a grupę wodorotlenkową.
Dla związków z niemetalami, czasem z niektórymi metalami przejściowymi na wysokim stopniu utlenienia, chętniej będzie się oddzielał wodór od tlenu. Związki takie nazywamy wtedy kwasami tlenowymi.

Dla związków organicznych, które ze względu na stabilizację ładunku ujemnego w strukturze oraz efekty przyciągania elektronów zwiększają trwałość anionowej zasady, także wodór będzie chętniej odchodził, i jeśli grupą organiczną z którą był połączony była karboksylowa, wtedy związek to kwas karboksylowy, jeśli zaś był to pierścień aromatyczny wówczas jest to fenol.

Jeśli natomiast reszta organiczna to nasycony węglowodór, bez szczególnych dodatków, wówczas ani  wodór ani cała grupa OH nie będą zbyt chętnie się odszczepiać, i wtedy związek taki nazwiemy alkoholem a grupę alkoholową.

-----


sobota, 4 kwietnia 2020

Chemia w TVP okiem chemika

W związku ze szczególną sytuacją panującą obecnie w kraju i na świecie, i w wyniku odwołania zajęć w szkołach, zaczęto szukać rozwiązań zdalnych. Część lekcji daje się przekazać uczniom różnymi systemami do tego przeznaczonymi, niektóre materiały są przekazywane przez Skype czy WhatsAp, a niektórzy nauczyciele nagrywają lekcje w VR używając do tego gry Half Life.
Jednym z realizowanych pomysłów są lekcje w telewizji publicznej, co samo w sobie jest inicjatywą słuszną i pożyteczną. Z wykonaniem tych lekcji jest jednak bardzo różnie...

Media społecznościowe podchwyciły już błędy na lekcjach matematyki i języków, ale to przecież nie koniec repertuaru. W ramach programu wyemitowano też lekcje chemii, które przydałoby się również przeanalizować.

Nie będę tu oceniał osób nauczycielek ani próbował wykazywać kto tu lepiej uczy. Sam bym z biegu takiej lekcji nie poprowadził, musiałbym wykonać jakieś próby - tym bardziej, że podczas studiów nie brałem udziału w oferowanym kursie nauczycielskim, uznając ten kierunek za niezbyt perspektywiczny, więc nie mam nawet teoretycznych podstaw co do tego, jak lekcje powinno się prowadzić.
Z relacji, jakie pojawiają się w mediach wynika, że nauczyciele prowadzący zajęcia byli brani z łapanki, a wszystko było nagrywane na chybcika bez możliwości sprawdzenia już nagranego materiału i ewentualnych poprawek, dlatego wyszło jak wyszło.

Obejrzałem dwie na razie dostępne lekcje nagrane przez TVP i nie wygląda to zbyt dobrze. Nauczycielki chyba za mało się przygotowały i nawet jeśli miały jakiś plan, to ze zdenerwowania zapomniały co miało być pierwsze a co drugie, stąd zawracanie wątku, przypominanie w połowie wywodu definicji, które powinny być na początku i chyba też z tego powodu nadmierne uproszczenia.

Oglądając te lekcje zastanawiałem się, jak nauczyciele wyobrażali sobie grupę docelową. Wiele tłumaczeń brzmi, jakby miały trafić do uczniów mających pierwszą lekcję chemii, którym trzeba kolokwialnie tłumaczyć, że wiązania to takie jakby rączki, które łączą atomy. Tymczasem mają to być w założeniu zajęcia kontynuujące przeciętny materiał z kwietnia, gdy to uczeń powinien się już z pewnymi pojęciami osłuchać i nie trzeba mu ich powtarzać.


Lekcja 1, 8 klasa, Pochodne węglowodorów.

Tutaj od razu widać i słychać, że prowadząca jest spięta i przez to plącze się jej co miała powiedzieć a co już powiedziała, dlatego czasem tłumaczy jedną rzecz po kilka razy w kolejnych zdaniach. Generalnie materiał wygląda na nagrany od razu na żywo, w pewnym momencie prowadząca się zacina i to jest w dostępnej na VOD wersji. Nie wiem jak było w rzeczywistości, jeśli nagrano to wcześniej w studio, to można było przecież poprawić i przemontować.
Sposób doboru ujęć nie pomaga - gdy nauczycielka składa modele cząsteczek, wybrane zostaje zbliżenie z boku, przy którym część cząsteczki zasłaniają rzeczy na stole. Czasem następuje przejście na nieznaczące ujęcie na model sieci krystalicznej stojący na stole, a czasem, gdy coś jest zapisywane na tablicy, pokazane zostaje ujęcie z oddalenia, które utrudnia odczytanie.

Sposób wyjaśnienia pojęć raz bywa taki właśnie jak do dzieci z przedszkola, a kiedy indziej za bardzo zagmatwany. Weźmy sprawę, od jakiej odcinek się zaczyna - nauczycielka tłumaczy, że różnorodność węglowodorów zależy od "zmiennej ilości atomów węgla i wodoru w cząsteczce" oraz "różnej budowy łańcucha węglowego". Sęk w tym, że różnorodność węglowodorów i różnorodność budowy, to to samo (cząsteczki o różnej budowie to różne związki). W dodatku zostało to tak powiedziane, jakby różnorodność była dla węglowodorów czymś charakterystycznym.
Charakterystyczne dla węglowodorów ma być też to, że mają łańcuch węglowodorowy, co brzmi jak masło maślane i nie jest zupełnie dokładne, bo węglowodorem jest też metan, który łańcucha nijak nie ma w sobie utworzyć. Gdy dochodzimy do najważniejszej cechy, czyli składu węglowodorów, nauczycielka myli się mówiąc, że inne związki organiczne zawierają "atomy innych atomów pierwiastków".
Zamiast tych kilku kolejnych zdań, zdążających do tematu lekcji dookoła, wystarczyłoby zacząć od najważniejszych pojęć, coś w stylu: "Z pewnością mieliście już mówione na chemii o węglowodorach, czyli związkach organicznych, które posiadają w składzie tylko węgiel i wodór, jak wskazuje nazwa. Dziś zajmiemy się pochodnymi węglowodorów, które zawierają w cząsteczce jeszcze inne pierwiastki." Tyle, bez dalszego kombinowania.  Rozważania o przyczynach istnienia wielu izomerów związków organicznych nie są na tym etapie lekcji potrzebne.

Co jest tematem lekcji? Alkohole i to ogółem a nie tylko jednowodorotlenowe. Co wystarczy o nich powiedzieć na początek? Że są tym rodzajem pochodnych węglowodorów, które posiadają w cząsteczce atom tlenu, połączony z węglem wiązaniem pojedynczym, i na drugim wiązaniu przy tlenie mający kolejny wodór. Stąd też grupę połączoną z węglowodorem nazywa się wodorotlenową, a nie węglowodorową jak to ponownie palnęła prowadząca.
 To mówi nam wszystko o alkoholach różnego typu. Metod ich otrzymywania jest wiele i akurat opisane przyłączenie wody do alkenu nie jest jakąś szczególną, nie służy też ono za bardzo utrwaleniu pojęć, bo kojarzy etanol a etenem.
Na tym etapie tłumaczenie, że alkohole zawierają grupę węglowodorową i wodorotlenową, następujące zaraz po pomyleniu nazw tych grup na modelu, jedynie miesza uczniom w głowie i następuje za późno. A tłumaczenie czemu te już dwa razy opisane pochodne węglowodorów są  nazywane "pochodnymi węglowodorów" jest podobnie zbyt późne i niepotrzebne.

Smaku alkoholi raczej bym nie nazwał gorzkim. Chyba, że mowa o denaturacie skażonym. Etanol nie zawiera w sobie substancji powodujących uzależnienie, bo sam w sobie jest substancją. Alkohole różnią się wieloma właściwościami fizycznymi.
Wystarczyłoby wziąć do porównania alkohol heksylowy by pokazać, że w wodzie rozpuszcza się słabo i tworzy oddzielną fazę, a na przykład alkohol cetylowy ma formę stałą i także się w wodzie nie rozpuszcza. Gdy różnica między wielkością części organicznej jest mała, kolejne alkohole są do siebie podobne, jak metanol i etanol, ale wraz ze wzrostem różnic budowy wzrastają różnice właściwości. Przedstawianie podobieństw na przykładzie dwóch najprostszych alkoholi może więc wprowadzać w błędne przekonanie, że wszystkie alkohole mają tak samo.
Luteina - alkohol, który ma formę stałą, nie jest rozpuszczalny w wodzie na dodatek ma intensywny kolor.













 Ja bym ten temat tłumaczył całkiem od tyłu - wyjaśnił czym są alkohole, podał wzór ogólny i dopiero potem przykłady i dalej metody otrzymywania, po to właśnie, aby nie musieć zawracać z wątkiem i aby nie używać pojęć jeszcze nieobjaśnionych. Tutaj często pojawia się pojęcie a potem definicja albo wyskakuje w trakcie dalszych objaśnień, albo nie pojawia się w ogóle, jak to jest z "szeregiem homologicznym" która to nazwa pada jako rzekomo oczywisty wniosek i dalej nie jest tłumaczona.

Lekcja 2, 7 klasa, wodorotlenki metali
Prowadząca mówi przystępniej, ale nie ustrzegła się od błędów. W zasadzie im więcej i szybciej mówi, tym więcej popełnia pomyłek. Jako przykład środka mającego zawierać wodorotlenki pokazuje butelkę, sądząc po kształcie zawierającą żel do czyszczenia z chloranami. Kreciki i tego typu środki mają formę sypką i z takiej butelki się ich nie wysypie.

Dalsze problemy to najczęściej sytuacja z kategorii "niby tak jest, ale nie do końca". Akurat z metali jeden ma w temperaturze pokojowej formę płynną, to rtęć. Natomiast inne metale, choć mają budowę krystaliczną, bardzo rzadko ujawniają ją makroskopowo. Zwykle są po prostu ciałem stałym o kształcie nadanym i nie wyglądają jak kryształki.
Czy wodorotlenek sodu tworzy cząsteczkę taką, jak na obrazku? Może w formie gazowej, ale w formie stałej jest to wspomniana postać krystaliczna z siatką połączonych w jedno wielu jonów. Wzór  takiego związku obrazuje więc raczej obojętne elektrycznie fragmenty sieci, odpowiadające stosunkowi molowemu, niż rzeczywiste cząsteczki i ma charakter czysto dydaktyczny.

Wodorotlenki metali mają zawsze formę ciał stałych w temperaturze pokojowej, a to ze względu na silnie jonowy charakter wiązań. Substancja higroskopijna to taka, która chłonie wodę, sama nie musi być w niej dobrze rozpuszczalna. Pomylono pojęcia.
Piktogram na opakowaniu wodorotlenku potasu oznaczał substancję żrącą a nie trującą. Substancja żrąca niekoniecznie musi się dobrze rozpuszczać w wodzie.
Rozpuszczając się w wodzie, wodorotlenki nie uwalniają "anionów metali".
Ołów już od kilkunastu lat nie występuje na stacjach benzynowych, bo mamy benzynę bezołowiową. Natomiast nadal występuje w pociskach do broni palnej i wielu ciężarkach i tutaj lepiej by było poprowadzić skojarzenia.
Przedstawiony na tablicy wodorotlenek ołowiu IV jest bytem mocno teoretycznym. Ze względu na mało metaliczny charakter pierwiastka i wysoki stopień utlenienia, miałby raczej charakter kwasu; znane są zresztą jego sole, ołowiany IV. Miałby, bo czystego kwasu orto-ołowiowego nie wyizolowano. Wybór akurat niego do zobrazowania budowy wodorotlenków jest więc nie najszczęśliwszy, a w sumie poświęcono mu najwięcej czasu, nawet zbudowano model jego cząsteczki i przez to niestety zapewne najmocniej utrwali się w świadomości ucznia.

Wodorotlenki w formie stałej słabo przewodzą prąd. Wynika to z tego samego powodu co inne właściwości - tworzą sieć krystaliczną połączoną mocnymi wiązaniami jonowymi. Jony są więc dość dobrze związane i nie migrują pod wpływem pola elektrycznego. Brak ruchu nośników ładunku to brak przepływu prądu. Aby dobrze przewodzić prąd muszą zostać rozpuszczone w wodzie, ale niestety wodorotlenki większości metali są rozpuszczalne bardzo słabo.
Wartościowość to nie wyjaśnienie "z jakimi pierwiastkami i za pomocą jakich wiązań" może się wiązać dany atom, tylko po prostu liczba możliwych do utworzenia wiązań pojedynczych możliwych dla atomu w danym stanie elektronowym. Od położenia w kolumnie układu okresowego zależy tylko wartościowość maksymalna, dany pierwiastek może przyjmować różne zależnie od stopnia utlenienia. Wystarczyłoby pokazać wodorotlenek żelaza II i żelaza III aby wykazać tę różnicę.
Wcale nie jest tak, że "możemy przy pomocy różnych metali otrzymać wodorotlenek miedzi". To kolejna pomyłka.
Rtęć tworzy wodorotlenek, ale jest on nietrwały w normalnych temperaturach.
Wskazany na tablicy wodorotlenek miedzi nie dotyczy dobrze rozpuszczalnych związków pierwiastków z I lub II grupy.

Ten materiał wygląda już na zmontowany, składany z paru części i raczej nie był nadawany na żywo. Dziwne więc, że nie dano prowadzącej możliwości poprawienia, bo przypuszczam, że oglądając nagrania sama by wyłapała większość baboli.

Podsumowując
Lekcje były nagrywane szybko i bez dbania o jakość. Stremowane nauczycielki popełniły wiele błędów i nikomu nie zależało na tym, aby coś w tym poprawić. To tylko pokazuje jak realizatorzy traktują widzów. Misja telewizji ma zostać odbębniona bez przykładania się, bo nie ma na to czasu.

Szkoda, że nie znalazło się tu miejsce na doświadczenia bardziej efektowne niż mieszanie bezbarwnych alkoholi z wodą. Może gdyby prowadzące dostały więcej czasu na samą lekcję, to znalazłaby się chwilka na pokazanie na przykład wytrącania wodorotlenków z roztworów soli, a tak niestety poza samą tablicą i mazakiem nie było tutaj niczego zapadającego w pamięć. To zresztą stały problem lekcji chemii w wielu szkołach, co relacjonowali mi czytelnicy.

Obawiam się, że teraz telewizja będzie miała duży problem ze znalezieniem kogokolwiek chętnego na prowadzenie następnych lekcji.

czwartek, 19 marca 2020

Kiedyś w laboratorium (74.)

Podczas częstej w wielu laboratoriach organicznych procedury odparowania roztworu potrzebnego związku, pod koniec zaobserwować można charakterystyczne zjawisko - wskutek dużego zagęszczenia na ściankach kolby rozprowadzony zostaje stężony, nasycony lub wręcz przesycony roztwór, który wcale nie musi tak od razu chętnie krystalizować, zwłaszcza jeśli jest to rozbudowana cząsteczka. Podczas stygnięcia kolby wyjętej z wyparki następuje więc spontaniczna krystalizacja wokół przypadkowych jąder, którymi może być na przykład nierówność na szkle lub cząstka stałego zanieczyszczenia. W takich warunkach, gdy roztwór substancji jest silnie nasycony,  promowane są skupiska promieniście rozłożonych igieł, które szybko rozrastają się koliście od miejsca inicjacji.
Proces jest bardzo szybki, czasem wystarczy pół minuty aby całe wnętrze zamieniło się w gęsto upakowane koła drobnych promieni.



wtorek, 14 stycznia 2020

Ostatnio w laboratorium (73.)

Jednym z podstawowych badań wchodzących w zakres sprawdzania wartości odżywczych żywności, jest analiza zawartości tłuszczu. W przypadku produktów twardych, w których tłuszcz jest związany w strukturze, zwykle używana jest metoda Soxhleta, w której tłuszcze są ekstrahowanie w ciągłym przepływie ciepłego heksanu. Rozpuszczalnik paruje w dolnej, ogrzewanej kolbie. Pary skraplają się w chłodnicy i spływają do komory, w której w przepuszczalnym pakiecie umieszczono rozdrobioną próbkę. Po przekroczeniu pewnego poziomu następuje zassanie lewara i opróżnienie komory. Sumarycznie więc cały tłuszcz ląduje w dolnej kobie, gdzie się zagęszcza.




Po odpowiednio długiej ekstrakcji, gdy wszystko co mogło zostało już wymyte, ekstrakt odparowuje się a pozostały tłuszcz waży, i tak voila! - mamy zawartość tłuszczu w próbce.

Niedawno w laboratorium robiłem tak z wiórkami kokosowymi, które okazały się tego tłuszczu zawierać całkiem sporo, i przy tej okazji zauważyłem ładny efekt. Gdy ciepłą kolbę z tłuszczem zostawiono na noc, stygnący powoli tłuszcz zestalił się tworząc kryształy. W samej masie wyglądało to jak ziarnista faktura, zupełnie różna od gładkiego, smalcowatego wyglądu stałych tłuszczów jaki zwykle obserwujemy. Z kolei w cienkiej warstwie rozprowadzonej na ściankach, pierzaste kryształy przybrały formę podobną do szronu na zalodzonej szybie.