«Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясы» пәнінен зертханалық сабақтарға арналған әдістемелік нұсқау
№ 1 зертханалық жұмыс Дибутилді эфирді алу
№ 2 зертханалық жұмыс Органикалық синтез технологиясы. Адипин қышқылын алу
№ 3 зертханалық жұмыс Органикалық синтез технологиясы. о . және п . нитротолуолды алу
№ 4 зертханалық жұмыс Органикалық синтездің технологиясы. п . толуолсульфоқышқыл синтезі
№ 5 зертханалық жұмыс. Визкозиметрия әдісімен полимерлердің молекулалық салмағын анықтау.
№ 6 зертханалық жұмыс. Синтетикалық жуғыш затарды анализдеу
№ 7 зертханалық жұмыс. Эпоксидті шайырды алу
№ 8 зертханалық жұмыс. Ерітіндіде стиролды полимерлеу көмегімен полистиролды алу
№ 9 зертханалық жұмыс. Көмірді кокстеу процесін зерттеу
№ 10 зертханалық жұмыс. Көмірді кокстеу өнімдерінің физика . химиялық қасиеттерін анықтау
№ 2 зертханалық жұмыс Органикалық синтез технологиясы. Адипин қышқылын алу
№ 3 зертханалық жұмыс Органикалық синтез технологиясы. о . және п . нитротолуолды алу
№ 4 зертханалық жұмыс Органикалық синтездің технологиясы. п . толуолсульфоқышқыл синтезі
№ 5 зертханалық жұмыс. Визкозиметрия әдісімен полимерлердің молекулалық салмағын анықтау.
№ 6 зертханалық жұмыс. Синтетикалық жуғыш затарды анализдеу
№ 7 зертханалық жұмыс. Эпоксидті шайырды алу
№ 8 зертханалық жұмыс. Ерітіндіде стиролды полимерлеу көмегімен полистиролды алу
№ 9 зертханалық жұмыс. Көмірді кокстеу процесін зерттеу
№ 10 зертханалық жұмыс. Көмірді кокстеу өнімдерінің физика . химиялық қасиеттерін анықтау
Екі мүйізді форштет көмегімен тамшылы воронкаға және су тоңазытқышына жалғанған домалақ түпті колбаға 30 мл. қ – бутил спиртін құйып, оны үздіксіз араластыра отырып 3,4 мл. күкірт қышқылын (Н2SО4) қосады. Колбаға «қайнатқыштарды» қосу арқылы оны майлы баняда бәсең қайнатады. 91 0С температурада үш қоспа бөлініп шығады: қ – бутил спирті, су және екібутилді эфир. Тамшы қаққышқа жиналған спирт пен эфирден тұратын су дистиллятын өлшегіш колбаға құйып, оны тамшы воронкасы көмегімен реакциялық колбаға кері қайтарады. Төменге тұнған суды жинайды. Реакция тепе – теңдігіне сәйкес мөлшерде су жиналғанға шейін аталған процесті бірнеше қайтара жүргізеді. Тамшы воронкасына жиналған спирт – эфирлі суды реакциялық колбаға қайтару мен суды бөліп ажыратуды қоспа қатты қайнап кетпеуі және массаның шайырланбауы үшін баяу жүргізу керек. Реакция аяқталғаннан соң (3 сағ.) колбаны салқындатып, 20 мл. 10 % натрий гидрооксид ерітіндісін қосып, бөлгіш колбаға ауыстырып құяды. Онда массаны бірнеше рет 10 % натрий гидрооксид ерітіндісімен, сумен және натрий хлоридінің қаныққан су ерітіндісімен шаяды.
Реакция өнімін қақталған кальций хлоридімен кептіріп, сүзеді де дефлегматор көмегімен қайта қуалайды. Алғашында 135 0С дейін қайнайтын фракцияны жинайды, сосын онда натрий металын қосып, одан 140 – 145 0С қайнайтын екібутилдіэфирді бөліп алады.
Реакция өнімін қақталған кальций хлоридімен кептіріп, сүзеді де дефлегматор көмегімен қайта қуалайды. Алғашында 135 0С дейін қайнайтын фракцияны жинайды, сосын онда натрий металын қосып, одан 140 – 145 0С қайнайтын екібутилдіэфирді бөліп алады.
1. Камнева А.И., Платонов В.В. Теоретические основы химической
технологии горючих ископаемых. М.: Химия. 1990г.
2. Справочник коксохимика.т-1,-1991-215с.
3. В.Д.Войлошников, И.А.Войлошникова. Книга о полезных ископаемых.
М.: Мир, Недра. – 1991. – 175с.
4. Бутузова Л.Ф., Турчанина О.Н., Збыковский Е.И., Бутузов Г.Н.
Статистические характеристики состава и свойств
низкометаморфизованных углей Донбасса разных генетических типов //
Углехимический журнал. – 2003. - №3-4. – С. 7-12
5. Осипов А.М., Лящук С.Н., Бойко З.В., Грищук С.В. Влияние состава
сернистых углей Украины на выделение сероводорода при
гидрогенизации // Химия твердого топлива.-2003.-№ 5.-С.68-75.
6. Иванов И.А., Гюльмалиев А.М, Гладун Т.Г., Гагарин С.Г., Головин Г.С.
// Применение расширенного базиса структурных параметров для
расчета энтальпии и атомизации соединений, моделирующих строение
углей // Химия твердого топлива.-2003.-№ 1.-С.30-41.
7. Иванов И.А., Гагарин С.Г., Гюльмалиев А.М. Регрессивные
зависимости технологических показателей углей от их элементного
состава // Химия твердого топлива.-2003.-№ 5.-С.9-16.
8. ГОСТ 3168-93 (ИСО 647-74). Твердое топливо. Методы определения
выхода продуктов полукоксования Взамен ГОСТ3168-75 СЭВ Введен
01.01.87.-М.: Изд-во стандартов, 1987.-12 с.
технологии горючих ископаемых. М.: Химия. 1990г.
2. Справочник коксохимика.т-1,-1991-215с.
3. В.Д.Войлошников, И.А.Войлошникова. Книга о полезных ископаемых.
М.: Мир, Недра. – 1991. – 175с.
4. Бутузова Л.Ф., Турчанина О.Н., Збыковский Е.И., Бутузов Г.Н.
Статистические характеристики состава и свойств
низкометаморфизованных углей Донбасса разных генетических типов //
Углехимический журнал. – 2003. - №3-4. – С. 7-12
5. Осипов А.М., Лящук С.Н., Бойко З.В., Грищук С.В. Влияние состава
сернистых углей Украины на выделение сероводорода при
гидрогенизации // Химия твердого топлива.-2003.-№ 5.-С.68-75.
6. Иванов И.А., Гюльмалиев А.М, Гладун Т.Г., Гагарин С.Г., Головин Г.С.
// Применение расширенного базиса структурных параметров для
расчета энтальпии и атомизации соединений, моделирующих строение
углей // Химия твердого топлива.-2003.-№ 1.-С.30-41.
7. Иванов И.А., Гагарин С.Г., Гюльмалиев А.М. Регрессивные
зависимости технологических показателей углей от их элементного
состава // Химия твердого топлива.-2003.-№ 5.-С.9-16.
8. ГОСТ 3168-93 (ИСО 647-74). Твердое топливо. Методы определения
выхода продуктов полукоксования Взамен ГОСТ3168-75 СЭВ Введен
01.01.87.-М.: Изд-во стандартов, 1987.-12 с.
Ф.4.7-008-03
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М. ӘУЕЗОВ атындағы ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
Мұнай, газ және полимерлер технологиясы кафедрасы
Бейсенбаев О., Кыдыралиева А.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясыпәнінен зертханалық
сабақтарға арналған
ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
050721 - Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының
студенттеріне арналған
Оқу түрі: күндізгі және қашықтық
Шымкент 2008 г.
УДК 678.4 (075.5)
Құрастырғандар: Бейсенбаев О., Кыдыралиева А. Органикалық пен мұнай
химиясы синтезі және қатты
отындардың технологиясы пәнінен зертханалық сабақтарға арналған
әдістемелік нұсқау
Шымкент: М.Әуезов атындағы ОҚМУ, 2008. 35 б.
Әдістемелік нұсқау Органикалық пен мұнай химиясы синтезі және қатты
отындардың технологиясы пәнінің оқу жоспарының және бағдарламасының
талаптарына сәйкес құрастырылған және зертханалық жұмыстарды орындау
бойынша қажетті барлық мәліметтерді қамтиды.
Әдістемелік нұсқау 050721-Органикалық заттардың химиялық технологиясы
мамандықтарының студенттеріне арналған.
Рецензент: Халдаров Н. К.., х.ғ.к., доцент, М. Әуезов атындағы ОҚМУ
МГжПТ кафедрасының мәжілісінде қарастырылған және басуға ұсынылған.
(хаттама №__ 2008ж.), МГ институтының әдістемелік кеңесінде
қарастырылған. (хаттама № __ 2008ж.)
М.Әуезов атындағы ОҚМУ Әдістемелік кеңесінде басуға ұсынылған, хаттама №
, 2008 ж.
© М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік университет, 2008ж.
Шығаруға жауапты: Бейсенбаев О.К.
ТҮСІНІКТЕМЕ ЖАЗБА
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясы ҚР пәні
Мемлекеттік жалпы білім беру стандартына сәйкес 3.08.096-2004 сәйкес 050721
- Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығында оқитын жалпы
мамандық пәндері цикліне енетін негізгі пәндердің бірі болып табылады. Ол
студенттерді органикалық пен мұнайхимиялык синтездің, қатты отындардың
технологиялық процестері және теориялык негіздерімен таныстыруға арналган.
Пәннін максаты органикалық пен мұнайхимиясы синтезі, қатты отындардың
химиясы және технологиясының теориялық негіздері туралы білім жүйесін
калыптастырудан, олардың негізгі даму бағыттарын және мұнай және кокс
өнімдерін біріншілік және екіншілік өңдеу өнімдері негізіндегі органикалық
қосылыстардың қолдану аймағын оқып-үйретуден тұрады.
Пәннің міндеті студенттерге органикалық пен мұнайхимиясы синтезі және
қатты отындардың химиясы және технологиясының теориялык негіздерін үйрету
болып табылады.
Осы пәнді оқып-үйрену негізі жұмыстық оқу жоспарына сәйкес студенттер
өткен курстарда оқыған жаратылыс тану-ғылыми пәндер жиынтығы болып
табылады.
Пәнді окып-үйрену жалпы химиялық технология, органикалық. физикалық
және коллоидты хи.мия, химиялық технологияның процестері мен аппараттары,
полимерлердің химиясы және физикасы пәндерін оқығандағы білімге сүйенеді.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясыпәні мұнай,
газ және көмірді өңдеудің химиялық технологиясы, полимсрлерді өндіру және
оңдеудің технологиясы пәндерін окып-үйренуге, курстық және дипломдык
жобаларды орындауға, сондай-ақ кәсіби іс-тәжірибеден өтерде базалық болып
табылады.
Пәнді жақсы меңгеру үшін оқытудың интерактивті әдістері мен жаңа оқыту
технологиясын пайдалану жолымен үнемі лекциялық материалмен және негізгі
әдебиеттермен жұмыс істеу органикалык заттардың теориялык негіздерін
үйренуге дағдылану үшін зертханалық сабақтар ұсынылады. Аудиториядан тыс
студенттердің өзіндік жұмысы мен оқытушының қатысуымен студенттердің
өзіндік жұмысына (ОҚСӨЖ) ерекше мән беріледі. Әрбір ОҚСӨЖ материалдар -
кейстер, рольдік оиындар, тестілер, сөзжұмбақтар және т.б. ұсынылады.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясы пәнінің
багдарламасы 050721- Органикалық заттардың химиялык технологиясы
мамандығының типті бағдарламасы болып табылады. Оның негізінде ЖОО-ның осы
мамандықты даярлайтын кафедралары белгілі тәртіппен бекітілген жұмыс
бағдарламаларын құрастырады.
№ 1 зертханалық жұмыс
Модуль 1 Дибутилді эфирді алу
Н2SО4
2СН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 - СН2 – СН2 – СН2 - О - СН3 - СН2
–
- Н2О
СН2 – СН3
Реактивтер:
қ – бутил спирті – 24,3 г (30 мл.)
күкірт қышқылы (р = 1,84 см3) – 3,4 мл.
натрий гидрооксиді 10 % ерітінді
кальций хлориді (сусыз)
натрий хлориді, қаныққан ерітінді
металды натрий
Қажетті құралдар мен ыдыстар:
100 мл. домалақ түпті колба – 2 дана, екімүйізді форштос, тамшылы воронка,
су тоңазытқышы, су қаққыш, майлы баня, дефлегматор, бөлгіш воронка.
Жұмыс істеудің реті
Екі мүйізді форштет көмегімен тамшылы воронкаға және су тоңазытқышына
жалғанған домалақ түпті колбаға 30 мл. қ – бутил спиртін құйып, оны
үздіксіз араластыра отырып 3,4 мл. күкірт қышқылын (Н2SО4) қосады. Колбаға
қайнатқыштарды қосу арқылы оны майлы баняда бәсең қайнатады. 91 0С
температурада үш қоспа бөлініп шығады: қ – бутил спирті, су және екібутилді
эфир. Тамшы қаққышқа жиналған спирт пен эфирден тұратын су дистиллятын
өлшегіш колбаға құйып, оны тамшы воронкасы көмегімен реакциялық колбаға
кері қайтарады. Төменге тұнған суды жинайды. Реакция тепе – теңдігіне
сәйкес мөлшерде су жиналғанға шейін аталған процесті бірнеше қайтара
жүргізеді. Тамшы воронкасына жиналған спирт – эфирлі суды реакциялық
колбаға қайтару мен суды бөліп ажыратуды қоспа қатты қайнап кетпеуі және
массаның шайырланбауы үшін баяу жүргізу керек. Реакция аяқталғаннан соң (3
сағ.) колбаны салқындатып, 20 мл. 10 % натрий гидрооксид ерітіндісін қосып,
бөлгіш колбаға ауыстырып құяды. Онда массаны бірнеше рет 10 % натрий
гидрооксид ерітіндісімен, сумен және натрий хлоридінің қаныққан су
ерітіндісімен шаяды.
Реакция өнімін қақталған кальций хлоридімен кептіріп, сүзеді де дефлегматор
көмегімен қайта қуалайды. Алғашында 135 0С дейін қайнайтын фракцияны
жинайды, сосын онда натрий металын қосып, одан 140 – 145 0С қайнайтын
екібутилдіэфирді бөліп алады. Айдауды масса кепкенге шейін жүргізуге
болмайды, өйткені қалыпты эфирлер ауамен пероксид түзіп, жарылыс қауіпін
туғызуы мүмкін.
Шығым 12 г. (теориялықпен салыстырғанда 55 %).
Н2SО4
2СН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 - СН2 – СН2 – СН2 - О - СН3 - СН2
–
СН2 – СН3 + Н2О
Реактивтер:
қ – бутил спирті – 30 мл.
Н2SО4 – 3,4 мл.
NаОН, СаСI2 (еріткіштер), NаСI (қаныққан ерітінді), металды Nа.
Тапсырма: қ – бутил спирті – 15 мл.
1 30 мл. қ – С4Н9ОН – 3,4 мл. Н2SО4
15 мл. – х мл. х = 1,7 мл.
Н2SО4
2 30 мл. қ - С4Н9ОН – 30 мл. NаОН
15 мл. – х мл. х = 10 мл. NаОН
3 30 мл. қ - С4Н9ОН – 20 мл. СаСI2
15 мл. - х мл. х
= 10 мл. СаСI2
4 30 мл. қ - С4Н9ОН - 12 г.
15 мл. – х г. х = 6 г.
күтілген шығым
Қорытынды: жүргізілген тәжірибе нәтижесінде екібутилэфирдің шығымы 2,5 г.
құрады. Нақты шығым келесі түрде көрсетіледі:
6 г. - 100 %
2,5 - х % х = 41,6 г.
№ 2 зертханалық жұмыс
Модуль 1. Органикалық синтез технологиясы. Адипин қышқылын алу
Тотықтыру:
СООК
ОН
3 + 8КМnО4 3 (СН2) + 8КМnО2 + 2КОН +
5Н2О
СООК
Тотықтыру – бұл электрондарды беру процесі. Егер қосылыс электрондарды
беруге бейім келсе, онда олжеңіл тотығады.
Электрондарға бай заттар тотықтырғыш бола алады, мысалы, оттегі, калий
перманганаты, азот қышқылы, күкірт, хромды қоспа (күкірт қышқылында калии
бихроматын немесе натрии бихроматын ерітумен алады), хромды қышқыл,
марганец қос тотығы және т. б.
Органикалық қосылыстарға тотықтырғыштардың әсері тотығатын заттың сипаты
мен тотықтыратын заттың табиғатына байланысты болады. Тармақталмаған
қанықпаған көмірсутектер қиын тотығады. Бірақ алкилді топтаржеңіл тотығады,
егер олар карбоксильді топқа дейін ароматикалық молекулалармен байланысқан
болса.
Дегенмен біріншілік және екіншілік спирттер жеңіл тотығады, спирттерді
тотықтыруды жеңіл режимде жүргізеді. Катализатор ретінде мыс металлын,
күміс, мыстың хромтотығы, цинк тотығын қолданады. Екіншілік спирттер
біріншілік спиртке қарағанда жеңіл тотығады, өйткені оның реакциялық
қабілеті біріншілік спиртке қарағанда жоғары. Үшіншілік спирттер қатаң
режимде тотығады.
Адипин қышқылын алу бойынша зертханалық жұмысты орындаудың әдістемесі
Керекті заттар:
Циклогексанол 10,5 мл
Калий перманганаты 30,5 г
500 мл. конусты колбада 250 мл. сумен араластырылған калий перманганатты
ерітіндісімен циклогексанолды қосады, қоспаны 30 0С қыздырады және 2 мл. 10
% едкии натр ертінідісін қосады. Қоспаны өздігімен қыздырады.
Оның температурасы 45°С жеткізеді (~15 минуттан кейін), осы температураны
20 минут бойы мұзбен салқындатып ұстап тұрады. Сосын, белгілі – бір
температураға көтерілген уақытта температура біртіндеп төмендей береді ( -
25 минус). Реакцияны аяқтау және реакциялық ортада перманганат жойылып,
марганецтің қос тотығы коагуляцияға түсу үшін колбаны плиткада (асбест)
қыздырады. Перманганаттың бар екендігін сүзгіш қағазға еріткіш тамшысын
тамызу арқылы анықтайды. Перманганат бар болма, онда марганец қос тотығының
дағы айналасы боялады. Егер 10 – 15 минуттан оны қыздырғанды перманганат
жойылмаса, онда оны натрии бисульфит қосу арқылы жояды (сынаманы
перманганаттың бар – жоқтығына тексереді). Қоспаны Бюхнер воронкасы
көмегімен сүзеді, ал марганец қос тотығы қалдықты жылы сумен жақсылап жуып,
сүзгіде 70 мл. көлемеге шейін булайды. Егер ертінді боялған және мөлдір
болса, онда оны алдан – ала активтелген көмірмен тазалайды. Ыстық
ерітіндіні оның рН 1 – 2 болғанға дейін концентрленген тұз қышқылымен
қышқылдандырады (конго қышқылды реакция) және оған 10 мл. қышқыл қосып,
кристалдандыруға қалдырады. Шығымы 6 - 9 г.
№ 3 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Органикалық синтез технологиясы. о - және п - нитротолуолды алу
Нитрлеу
Ароматикалық көмірсутектерді нитрлеу – ароматикалық қатардағы электрофильді
орын алмасу реакциясының типті түрі. Нитрлеудің механизімін қарастырайық.
Электрофильді болік болып нитрон каттионы NO2+ жатады, ол азот және күкірт
қышқылынан құралады (нитрлеуші қоспа) Ол келесі теңдікпен анықталады:
НNО3 + 2 Н2SО4 NО2 + + Н3О+ + 2НSО- 4
Бірінші сатыда азот және күкірт қышқылының өзара әсерлесуі азот қышқылнда
оттегі атомының протонитрленуі жүреді:
О - +
О
Н – О – N + НОSО3 Н – О – N + - ОSО3Н
О -
О –
Н2О + О =
N = О
Нитрон
катионы
Нитрон катионы пайда болған соң ол бензол ядросының П – жүйесін
шабуылдайды. Нәтижесінде П – комплекс пайда болады, ол кейіннен б –
комплекстің аралық қосылысына айналады:
13 +
+
NО2
+ NО2 NО2
Н
13 + + 13
П – комплекс σ -
комплекс
б – комплек ароматты құрылымда болмайды; бұл тұрақсыз катион, ондағы төрт П
– электрон ядроның бес көмірсутегісіне делокализденген,
сондықтанкөмірсутегінің алтыншы атомы Sp3- жағдайға ауысады. Оны гибритті
құрылымның резонансы ретінде сипатауға болады:
+
NО2 NО2
NО2
Н Н
Н
+
Одан әргі б – комплекстің протоннан тез үзілуі бензолдың орын
ауыстырған өнімі ретіндегі ароматикалық жүйенің тотықсыздануына алып
келеді:
13 +
NО2 NО2
Н - Н
13 + + 13
Нирлеуші қоспаның активтілігі оған түтіндегіш күкірт және азот
қышқылдарын қосу көмегімен жоарлатуға болады. Ондағы су мөлшері айтарлықтай
төмен, егер онда су мөлшері жоғалап кететін болса, онда ол N02+ нитрон
катионының кері қайта жүру реакциясының дамуына әсер етеді:
-
HSО4
N02+ +Н2О Н2NО3 + HNО3 + Н2SО4
Нитрлеуші қоспадан төменірек активтілікті концентрлі азот қышқылы
көрсетеді. Жұмысақ нитрлеуші агент ретінде құмырсқа немесе құмырсқа
ангидридінің азот қышықылымен қоспасын алуға болады. Оны реакцияға өте
қабілетті қосылыстарды нитрлеуге қолданылады.
Бензолды мононитроқосылысқа дейін нитрлеу күкірт қышқылымен жүргізіледі,
оның температурасы 50 - 60°С құрайды. Жоғары температура тотығу
реакциясының туындауына алып келіп соғады және онда екінитробензол пайда
болады ( 90 % - М; 7-8 % О; 1-2 % - П).
Аминдерді нитрлеуге болады, бірақ бұл жолмен нитроаминді алу келесі
себептерге байланысты мүмкін емес:
1) Анилинді нитрлеу тотығуғу алып келіп соғады (шайырлану)
2)
қышқыл ортада анилиннен 1 тұз пайда болады (және басқа да ароматты амндер),
бұл жағдайда аминді топ аммонилі топқа ауысады:
(1 родтағы о және п - +
ориентаттар NН2 NН3
(2 – родтағы м -
ориентаттың орын
орыналмасушысы)
Нитрлеуші қоспа аталғандай тепе – теңдік жүйеге әсер еткенде о -, п –
және м - нитроанилинді қоспа пайда болады. Мұндай қоспаны бөлу өте қиын.
Амин тобын ацилдеу тотығуды төмендетеді, аминотоптың негіздігін төмендетеді
(тұз қышқылмен пайда болмайды), о -, п – ориентацияны сақтайды, о –
жағдайды айтарлықтай экрандайды, нәтижесінде п – нитроанилинді оңай алуға
болады:
NН2 NНСОСН3
NНСОСН3 NН2
(СН3СО)2О НNО3
гидролиз
- СН3 СООН Н2SО4
(Н+ немесе ОН - )
NО2 NО2
Тақырып бойынша сұрақтар:
1. Нитрлеу реакциясының механизімін түсіндіру
2. Нитрлеудегі күкірт қышқылының маңызы
3. Нитробензолды, екінитробензолды, п – нитроанилинді алудағы оңтайлы
режимді көрсетіңіз (температура, азот қышқылының концентрациясы).
4. Анилинді тікелей нитрлеумен нитроанилинді алуға болмайтындығын қалай
түсіндіресіз ?
5. Парафинді қалай нитрлейді ? Реакцияның жағдайы мен механизімін
келтіріңіз ?
о – және п – нитротолуолды зертханалық жағдайда алудың әдістемесі
CН3 CН3
CН3
NО2
+
+ Н2О
НNО3 + Н2SО4
NО2
Толуол 27,3 г (31 мл)
Азот қышқылы (d = 1,4) 37 г (26 мл)
Күкірт қышқылы (d = 1,84} 26 мл
Араластырғышы, термометрі бар үшөзекті колбаға толуолды құйып, оны
нитрлеуші қоспамен араластырады (бөлме температуасында). Нитрлеуші қоспаны
өзге колбада дайындайды: азот қышқылын араластырылып жатқан колбаға
порциямен қосады және күкірт қышқылын салқын сумен салқындатады.
Нирлеуші қоспаны қосудың жылдамдығын реакциялық массаның температуарсы 60
0С аспайтындай етіп реттейді, өйткені өзге жағдайда жанама өнім – полинитро
туындылар пайда болып кетеді. Нитрлеуді жүргізген уақытта реакциялық
колбаны салқын сумен салқындатады.
Нитрлеуші қоспаны толығымен қосып болғаннан соң, реакциялық қоспаны 30 мин.
бойы су банясында 60 0С қыздырады. Салқындатылған рекациялық массаны бөлгіш
воронкаға құйып, төменгі бөліктегі күкіртті қабатты бөледі, ал жоғарғы
бөлікті сумен шаяды. Майлы қабатты кальций хлормен кептіреді, сосын
("Нитробензолды" қараңыз) реакцияға кірмеген толуолды куалап алады.
Қалдықты қуалаудын соң 250 мл. стаканға ауыстырып құйып, 8 сағат бойында
мұз бен тұз көмегімен салқындатады (тоңазытқышқа салып қойса да болады). П
– толуолдың бөлінген кристалдарын сүзіп алады және оны қ. б. 232 – 238 0С
фракциясын жинау арқылы қуалайды. Май қабатын қ. б. 216 – 222 0С
фракциясын бөлу үшін аталған колбада қуалайды. Ол негізі о- натротолуолдан
құралады.
Нитротолуол изомері қоспасының шығымы 37 - 40 г. құрайды.
№ 4 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Органикалық синтездің технологиясы.
п – толуолсульфоқышқыл синтезі
Сульфирлеу және хлорлы сульфирлеу
Ароматикалық қатардағы көптеген электрофильді орын алмасу реакцияларына
қарағанда сульфирлеу реакциясы қайтымды:
АrН + Н2SО4 АrSО3Н +Н2О
Реакция нәтижесінде су бөлінеді және тепе – теңдік константасы солға қарай
ауытқиды, сондықтан сульфирлеуші агент ретінде көп көлемдегі күкірт
қышқылы, олеум немесе моногидрат қолданылады.
Сульфирлеу реакцияның айтарлықтай сенімді электрофильді бөлшектеріне S03
молекуласы немесе бисульфон ионы SO3H жатқызуға болады, ол келесі кесте
түрінде іске асырылады:
+
SО3Н + Н2О + НSО4-
2Н2SО4
SО3 + Н3О+ + НSО4-
ал олеум қолданған уақытты:
О О
Н+
О
Н2SО4 + SО3 О = S – О – S = О Н2SО4 + S+ - ОН
ОН ОН
О
Оσ -
σ+ S = О σ -
О σ -
Қазіргі уақытта аталған екі ионның, атап айтқанда бисульфон ионы SO3H
немесе SО3 молекуласының қайсы – бірі бірінші болып электрофильді шабуылға
шығатындығы бойынша пікір талас жүріп отыр. Көптеген мәліметтер бойынша
қалыпты жағдайда сульфирлеуші агент ретінде төмен электронды тығыздықтағы
құрылымға ие күкірт атомының бейтарап молекуласы SО3 екендігі белгілі болып
отыр.
Реакция механизмі:
2Н2SО4 Н3О+ + НSО4- +SО3
Н
SО3 + С6Н4 баяу
SО3-
Н SО3-
SО3- + НSО4-
+ Н2SО4 тез
SО3-
SО3
+ Н3О
+ Н2О тепе – теңдік солға
қарай ығысады
Хлорсульфирлеу реакциясында пайда болатын сульфоқышқылдың хлорангидридін
алу үшін көп мөлшерде хлорсульфонды қышқылды пайдаланады. Өйткені алғашында
хлорсулфонды қышқылмен әсер еткенде хлорангидритке өтетін сульфоқфшқыл
пайда болады. Қышқылдың артық мөлшері реакция бойынша сульфондардың пайда
болуына алып келеді.
Хлорсульфон реакциясының мысалы ретінде стрептоц синтезінің бірінші сатысы
бола алады:
АrSО2СI + НAr ArSО2СI
Хлорсульфирлеу әдісі тікелей сульфирлеуге қарағанда өзіндік артықшылығымен
ерекшедленеді, өйткені алынған сульфохлорид органикалық еріткіштерде оңай
ериді, сондықтан реакциялық қоспадан ароматикалық сульфоқышқылды бөлуден
сульфохлоридті бөлу оңай.
О
О
NН – С NНС
СН3
СН3
+ НО-SО2СI
SО2СI
П – толуолсульфоқышқылды зертханалық жағдайда синтездеудің әдістемесі
(натрилі тұз)
СН3 СН3
СН3
+ НО – SО3Н + +
SО3Н + Н2О
SО3Н
Конентірленген күкірт қышқылын толуолмен қыздырғанда сульфотоп метил тобына
пара жағдайда байланысады: бір мезетте көп мөлшерде о – хлорсульфоқышқыл
пайда болады:
Жақсы еритін сульфоқышқылды натрии тұзы ретінде бөліп алады. Аталған тұздың
жақсы еруі үшін қоспаға артық мөлшердегі хлорлы натрииді қосады.
а) Толуолсульфоқышқылды натриді алудың әдісі
Реактивтер:
Толуол 32 мл немесе 28 г (0,3 моль)
Концентрлі күкірт қышқылы 19 мл (0,36 моль)
Натрии бикарбонаты; хлорлы натрий.
Қайтымды су тоңазытқышы бар 200 мл. домалақ түпті колбаға толуол мен
күкірт қышқылын құяды және оның түбіне тас сынықшаларын салады, сөйтіп
асбестті материалда қайнау температурасына шейін қыздырады. Тығынға күкірт
қышықлының тамшылары тамбас үшін ұзын мойында колбаны алған дұрыс. Колбаны
қолмен айналдыра отырып қоспаны араластырады, сосын толуол қайнай
бастағанда қыздыруды бәсеңдетіп, толуол әлсіз қайнау үшін температураны
реттейді Әрбір 2 - 3 минут сайын сұйық қабатын араластырады. Бір сағаттан
соң толуол қабаты жойылады және тоңазытқыштан тек әлсіз тамшылар ағып
тұрады, бұл реакцияның біткендігін көрсетеді.
Жылы реакциялық қоспаны 100 мл. стаканға құяды, ал колбаны сумен
шаяды (егер реакциялық қоспа кристалдана бастаса, оны қыздыру керек).
Қышқыл ерітнідіні 15 г. натрий бикорбанатын порциямен қосу арқылы
бейтараптандырады, сосын 40 г. хлорлы натрииді, керек болса аздап су қосып
қайнағанға шейін қыздырады. Су тұзды еріту үшін қажет. Ерітіндіні сүзеді,
қармен салқындатады (немесе мұзды сумен) және түтікше қабырғасындағы
жабысып тұрған кристалдарды жанамалай жууып, натрий толуолсульфоқышқылдың
кристалдарын сүзу үшін тұндырады. Қалдықты сүзгіден сығып шығарады.
Хлорлы натрий тұзының шығымы 17 г.
Синтез әдістемесі бойынша сұрақтар
1. Толуолды сульфирлеу қандай температурада жүргізіледі ?
2. Толуолдың бұрқылдап қайнауына неге жол берілмейді ?
3. Реакция соңын қалай анықтайды ?
4. Толуолсульфоқышқылдан алынған натрий тұзын қаныққан хлорлы натрий
ерітіндісімен неге шаяды ?
№ 5 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Визкозиметрия әдісімен полимерлердің молекулалық салмағын
анықтау.
Орташа массалық молекулалық массаны (Мω) сипаттаудың ең қарапайым және
арзан әдісі полимерлердің сұйытылған ерітінділерінің сипаттамалық деп
аталатын тұтқырлығын өлшеуге негізделген. Әртүрлі деформация түрлерінде
газдың немесе сұйықтықтың бір бөлігінің жылжуына екіншісінің кедергі
көрсету қасиеті тұтқырлық деп аталады.
Полимерлердің тұтқырлығы – бұл тұтқыр-аққыштық күйдегі полимердің,
үлгінің пішінінің қайтымсыз өзгеруіне қарсылық көрсете білу қасиеті.
Тұтқырлық өлшемі СИ жүйесінде – Н·см2, СГС – пуаз (пз) (1 пз = 0,1
Н·см2), динамикалық тұтқырлық – Па·с; кинематикалық тұтқырлық – м2с.
Полимер ерітінділерінің тұтқырлығы полимердің макромолекуласының
иілгіштігі мен молекулалық массасына, еріткішпен әрекеттесу сипатына, ал
басқаша жағдайда – ерітінді концентрациясына, түсірілген кернеу шамасы мен
температураға байланысты.
Молекулалық масса мен сипаттамалық тұтқырлық Марк-Куна-Хувинк
теңдеуімен өрнектелетін эмпирикалық қатынаспен байланысқан:
[η] = К·Мα (15)
мұндағы: К және α – температураны анықтардағы полимер-еріткіш
жүйесіне арналған тұрақтылар
α–еріткіш табиғатына байланысты 0,5-0,8
аралығында болып келеді
Марк-Куна-Хувинк теңдеуінен шығатыны, яғни lg[η] молекулалық масса
логарифмінің сызықты функциясы болып табылады:
lg [η] = lg К + α lg Mυ
Немесе
lg M = 1 α lg [η] – lg K α = A lg [η] – В (16)
Сипаттамалық тұтқырлық концентрациясы нөлге ұмтылғандағы сұйытылған
ерітіндінің жуықталған тұтқырлығының шектеулі мәнін көрсетеді:
[η] = (lіm ηм С)c o (17)
Оны алынған бірнеше концентрация мәндерін нөлдік концентрацияға
графикалық экстрополяциялау жолымен анықтайды.
Жуықталған тұтқырлық (ηж) деп ерітіндінің меншікті тұтқырлығының
концентрациясына қатынасын атайды:
ηж = ηм С (18)
Меншікті тұтқырлық (ηм) деп ерітінді мен еріткіштің тұтқырлығының
айырмасының еріткіш тұтқырлығына қатынасын атайды:
ηм = (η1 – η2) η2 = ηс – 1 (19)
мұндағы η1 – ерітінді тұтқырлығы;
η2 – еріткіш тұтқырлығы;
ηс – салыстырмалы тұтқырлық
Демек, сипаттамалық тұтқырлықтың анықталуы полимерлердің шексіз
сұйытылған ерітінділерінің салыстырмалы тұтқырлығын анықтауға тіреледі.
Тұтқырлықты әртүрлі әдістерді жүргізіп өлшеуге болады, дегенмен барлығынан
қолайлысы Оствальд пен Убеллоде капиллярлы визкозиметрлерін қолдану.
Оствальд әдісі бойынша сұйықтықтардың абсолютті әрі салыстырмалы
тұтқырлығын өлшеуге болады. Полимерлердің сұйытылған ерітінділерін
зерттегенде көбінесе тұтқырлық коэффициентінің абсолютті мәнін емес,
ерітіндінің салыстырмалы тұтқырлығын, яғни ерітінді тұтқырлығының таза
еріткіш тұтқырлығына қатынасын пайдаланады:
ηс = ηерітінді ηеріткіш (20)
Сұйытылған ерітінді концентрациясы өте төмен (0,01 гмм-ден аз), сол
себепті ерітінді мен еріткіш тығыздығының бір-бірінен айырмашылығы аз және
d = do деп қабылдауға болады, онда
ηс = t to (21)
мұндағы: t – ерітіндінің ағып өткен уақыты;
to – еріткіштің ағып өткен уақыты.
Жуықталған (келтірілген) тұтқырлықтың өзгеруі, сұйытылған
ерітінділердегі полимердің концентрациясына байланысты түзу сызықпен
өрнектеледі. Алынған түзуді нөлдік концентрацияға экстраполяциялап ордината
осін lg[η]–тең (сипаттамалық тұтқырлыққа) кесіндімен қиып өтеді:
м С
1,6
1,4
1,2
1,0
[]
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
С, г 100мл
1 сурет. Жуықталған тұтқырлықтың концентрацияға тәуелділігі
[η] мәнін (16) теңдеуге қойып Mυ есептейміз.
Анықтау әдістемесі
Қажетті аспаптар: вискозиметр, термостат (температураны тұрақты етіп
ұстап тұратын құрылғы), вискозиметрді орнатуға арналған құрылғы, 0,2
мм-ден бөлінген 5 мм-лік градуирленген пипетка, секунд өлшегіш.
Вискозиметрлер – диаметрі 0,6-0,9 мм Оствальд пен Убеллоде капиллярлы
вискозиметрлері қолданылады.
Тез ұшып кететін қосылыстардың сұйықтықтарының ерітінділерінің
тұтқырлығын анықтау үшін, шүмек жүйесімен жабдықталған, еріткіштердің ұшып
кетуін кедергі жасайтын және жабық жүйеде тұтқырлықты анықтауды қайтадан
жүргізуге мүмкіндік беретін вискозиметрлерді (2 суретті қара) қолдану
ұсынылады.
2 сурет: А) Оствальд және аспалы деңгейі бар Убеллоде (б, в)
вискозиметрлері: 1- резервуар; 2,3,4 – түтікшелер; 5,7 –
белгілері; 6,8 – шариктері.
Оствальд вискозиметрін қолданған кезде, міндетті түрде вискозиметрге
шариктегі деңгейі бірдей болатындай етіп ерітінді ( еріткіштің) мөлшерін
құю қажет. Жұмысқа тек таза вискозиметрді пайдалану қажет.
Термостат. Тұтқырлықты өлшегенде 0,010С дәлдікпен температураны
тұрақты етіп ұстап тұру қажет. Тұтқырлықты төмендеу температураларда (15-
200С) өлшегенде термостатты сумен толтыруға болады. Термостат ретінде үлкен
химиялық стақанды пайдалануға болады.
Полимерді дайындау. Зерттер алдында полимерді қайта тұндыру және
тұрақты массаға дейін вакуумды шкафта кептіру арқылы қоспалардан тазарту
қажет. Қайта тұндырғанда, егер полимер қоймалжыңдау болса пробиркада
немесе, егер қатты болса, түбі жалпақ колбада ерітеді.
Полимер-еріткіш қатынасы 1:3 немес 1:5. Тезірек еріту үшін колбаны
сыртынан су толтырылған ыдыста қыздыруға болады. Сосын полимер ерітіндісі
бар стақанға шыны таяқша бойымен көлемі бестен он есеге дейінгі тұндырғышты
қосады. 30-40 минут тұғаннан кейін, тұндырғыштың 2-3 тамшысын қосып толық
тұнғандығын тексереді.
Егер жоқ болып кеткен бұлыңғырлық қайтадан пайда болса, онда қайтадан
тұндырғыш қосады. Түскен тұнбаны тұндырғыштан бөліп алып, тұрақты салмаққа
ие болғанша кептіргіш шкафта 50-600С-та кептіреді. Кептіру мерзімі үлгінің
түрі мен мөлшеріне байланысты.
Полимер ерітіндісін дайындау. Вискозиметр арқылы полистиролдың
молекулалық массасын анықтау үшін еріткіш ретінде толуол немесе бензолды
пайдалану ұсынылады.
1%-тік ерітіндіні дайындау: 0,001г дәлдікпен полимердің 0,5 г өлшеп,
қақапағы бар көлемі V=70 мл-лік түбі жалпақ колбаға салады да, үстіне 49,5
мл еріткішті құяды. Полимер толық ерігенше бөлме температурасында ұстайды.
Концентрациялары: 0,5; 0,25; 0,125% ерітінділерді 1%-тік ерітіндіні таза
еріткішпен біртіндеп сұйылту жолымен дайындайды.
Бұл үшін 1%-тік концентрациялы ерітіндінің 15 мл көлеміне дәл сонша
еріткішті құяды, концентрациясын теңестіру үшін жәй ғана ерітіндіні
шайқайды (еріткіш ұшып кетпеуі үшін колбаның аузы жабық болуы қажет). Содан
кейін тағы да сол дайындалған ерітіндіден 15 мл алып, 15 мл еріткішпен
сұйылтады және т.с.с.
Концентрациясы 0,75%-тік ерітіндіні дайындау үшін 1%-тік ерітіндінің
20 мл-не 6,6 мл еріткіш құяды.
Өлшеуді жүргізу және нәтижелерін есептеу
Жұмыстағы маңызды сәт еріткіштер мен дайындалған полимер ерітінділерін
термостаттау. Осы мақсатпен термостатта қажетті температураны орнатып,
вискозиметрді тік етіп орналастырады.
Вискозиметрдің кеңдеу иініне шыны сүзгі (№1 немесе №2) арқылы
пипеткамен 10-15 мл еріткіш құяды және вискозиметрдегі еріткіш
температурасы термостат температурасына теңесу үшін 15 минут бойы
термостаттайды. Дайындалған полимер ерітінділерінің термостатталу уақытын
азайту үшін, түбі жалпақ ертінділері бар колбаларды (тығыз тығындалған)
алдын-ала темростатта немесе су толтырылған ыдыста 15-20 минут
термостаттайды. Термостат пен су толтырылған ыдыстағы су температурасы
бірдей болуы қажет және еріткіштер түріне байланысты (К және α
тұрақтыларының мәндері 1 қосымшадағы кестеде) таңдалынып алынады.
Мұндай тәсілде термостаттау уақыты ерітіндінің әрбір келесі кезектегі
үлесі үшін 5 минутке дейін қысқарады.
Сосын таза еріткіштің ағып өту уақытын анықтайды. Бұл үшін сорып-
үрлегіш нәк (груша) көмегімен өлшеу шариктері толғанша вискозиметрдің тар
иініне еріткіш енгізеді.
Капиляр мен шарикті үш рет шайып (жуып), өлшеу шаригінің жоғарғы және
төменгі белгісі аралығынан сұйықтықтың ағып өту уақытын секунд өлшегішпен
өлшейді. Еріткіштің бір үлесі үшін, анықтауды бестен кем жүргізбейді. Соңғы
нәтиже ретінде орташа арифметикалық мәнін алады. Егер өлшеу нәтижелерінің
айырмашылығы 0,2 секундтен асатын болса, оларды есепке алмайды және соған
сәйкес өлшеу санын көбейтеді.
1 Кесте - Тұтқырлықты өлшеу нәтижелері
Концентрация гмл, еріткіш-толуол tорташа ηс ηс ηмС
0,125% 1,1·10-3
0,25% 2,2·10-3
05% 4,3·10-3
0,75% 6,5·10-3
1,0% 8,8·10-3
Есептеу мысалы: еріткіш-толуол, концентрациясы гмл түрінде.
Тығыздығы d = 867 кгм3
0,125%-дық полистирол ерітіндісінде–99,875 г еріткіш немесе–115,2 мл
0,125 гмл
Х = = 0,001085 гмл = 1,1·10-3 гмл
115,2 мл
0,25г ПС – 99,75 г немесе 115,05 мл еріткіш
Х = 0,002173 гмл = 2,2·10-3 гмл
0,5г ПС – 99,5 г немесе 114,76 мл еріткіш
Х = 0,0043 гмл = 4,3·10-3 гмл
0,75г ПС – 99,25 г немесе 114,47 мл еріткіш
Х = 0,0065 гмл = 6,5·10-3 гмл
1г ПС – 99 г немесе 114,19 мл еріткіш
Х = 0,0088 гмл = 8,8·10-3 гмл
Кесте мәндеріне сүйеніп график тұрғызамыз. Кестеден [η] анықтаймыз.
Молекулалық массаны [η] мәнін (18) теңдеуге қойып есептейміз. Мысалы:
25 0С-гі толуолдағы молекулалық массасы 104-нен 107-гі,
[η]=1,005,
К = 1,34·10-4, α = 0,71 болғандағы полистиролды есептеу үшін
lgMυ = 1,408·1,005 + 5,455 = 5,458
Mυ = 277000
Кейбір полимерлер үшін сипаттамалық тұтқырлығы бойынша молекулалық
массасын есептеу үшін қажетті К мен α тұрақтыларының мәндері 2 кестеде
көрсетілген.
2 Кесте.
Полимер Еріткіш Тем Молекулалық К α
пера масса аумағы
тура
Полибутадиен Толуол 25 7·104...4·105 1,10·10-3 0,62
Циклогексанон20 2,3·105...1,3·103,6·10-4 0,70
6
Полиизобутилен Толуол 25 1,4·105...3,4·108,6·10-4 0,56
5
Поливинилацетат Ацетон 30 2,7·104...1,3·101,02·10-4 0,72
Метил спирті 30 6 3,14·10-4 0,60
2,7·104...1,3·10
6 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М. ӘУЕЗОВ атындағы ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
Мұнай, газ және полимерлер технологиясы кафедрасы
Бейсенбаев О., Кыдыралиева А.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясыпәнінен зертханалық
сабақтарға арналған
ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ
050721 - Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының
студенттеріне арналған
Оқу түрі: күндізгі және қашықтық
Шымкент 2008 г.
УДК 678.4 (075.5)
Құрастырғандар: Бейсенбаев О., Кыдыралиева А. Органикалық пен мұнай
химиясы синтезі және қатты
отындардың технологиясы пәнінен зертханалық сабақтарға арналған
әдістемелік нұсқау
Шымкент: М.Әуезов атындағы ОҚМУ, 2008. 35 б.
Әдістемелік нұсқау Органикалық пен мұнай химиясы синтезі және қатты
отындардың технологиясы пәнінің оқу жоспарының және бағдарламасының
талаптарына сәйкес құрастырылған және зертханалық жұмыстарды орындау
бойынша қажетті барлық мәліметтерді қамтиды.
Әдістемелік нұсқау 050721-Органикалық заттардың химиялық технологиясы
мамандықтарының студенттеріне арналған.
Рецензент: Халдаров Н. К.., х.ғ.к., доцент, М. Әуезов атындағы ОҚМУ
МГжПТ кафедрасының мәжілісінде қарастырылған және басуға ұсынылған.
(хаттама №__ 2008ж.), МГ институтының әдістемелік кеңесінде
қарастырылған. (хаттама № __ 2008ж.)
М.Әуезов атындағы ОҚМУ Әдістемелік кеңесінде басуға ұсынылған, хаттама №
, 2008 ж.
© М. Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік университет, 2008ж.
Шығаруға жауапты: Бейсенбаев О.К.
ТҮСІНІКТЕМЕ ЖАЗБА
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясы ҚР пәні
Мемлекеттік жалпы білім беру стандартына сәйкес 3.08.096-2004 сәйкес 050721
- Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығында оқитын жалпы
мамандық пәндері цикліне енетін негізгі пәндердің бірі болып табылады. Ол
студенттерді органикалық пен мұнайхимиялык синтездің, қатты отындардың
технологиялық процестері және теориялык негіздерімен таныстыруға арналган.
Пәннін максаты органикалық пен мұнайхимиясы синтезі, қатты отындардың
химиясы және технологиясының теориялық негіздері туралы білім жүйесін
калыптастырудан, олардың негізгі даму бағыттарын және мұнай және кокс
өнімдерін біріншілік және екіншілік өңдеу өнімдері негізіндегі органикалық
қосылыстардың қолдану аймағын оқып-үйретуден тұрады.
Пәннің міндеті студенттерге органикалық пен мұнайхимиясы синтезі және
қатты отындардың химиясы және технологиясының теориялык негіздерін үйрету
болып табылады.
Осы пәнді оқып-үйрену негізі жұмыстық оқу жоспарына сәйкес студенттер
өткен курстарда оқыған жаратылыс тану-ғылыми пәндер жиынтығы болып
табылады.
Пәнді окып-үйрену жалпы химиялық технология, органикалық. физикалық
және коллоидты хи.мия, химиялық технологияның процестері мен аппараттары,
полимерлердің химиясы және физикасы пәндерін оқығандағы білімге сүйенеді.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясыпәні мұнай,
газ және көмірді өңдеудің химиялық технологиясы, полимсрлерді өндіру және
оңдеудің технологиясы пәндерін окып-үйренуге, курстық және дипломдык
жобаларды орындауға, сондай-ақ кәсіби іс-тәжірибеден өтерде базалық болып
табылады.
Пәнді жақсы меңгеру үшін оқытудың интерактивті әдістері мен жаңа оқыту
технологиясын пайдалану жолымен үнемі лекциялық материалмен және негізгі
әдебиеттермен жұмыс істеу органикалык заттардың теориялык негіздерін
үйренуге дағдылану үшін зертханалық сабақтар ұсынылады. Аудиториядан тыс
студенттердің өзіндік жұмысы мен оқытушының қатысуымен студенттердің
өзіндік жұмысына (ОҚСӨЖ) ерекше мән беріледі. Әрбір ОҚСӨЖ материалдар -
кейстер, рольдік оиындар, тестілер, сөзжұмбақтар және т.б. ұсынылады.
Органикалық және мұнайхимиясы өндірісінің технологиясы пәнінің
багдарламасы 050721- Органикалық заттардың химиялык технологиясы
мамандығының типті бағдарламасы болып табылады. Оның негізінде ЖОО-ның осы
мамандықты даярлайтын кафедралары белгілі тәртіппен бекітілген жұмыс
бағдарламаларын құрастырады.
№ 1 зертханалық жұмыс
Модуль 1 Дибутилді эфирді алу
Н2SО4
2СН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 - СН2 – СН2 – СН2 - О - СН3 - СН2
–
- Н2О
СН2 – СН3
Реактивтер:
қ – бутил спирті – 24,3 г (30 мл.)
күкірт қышқылы (р = 1,84 см3) – 3,4 мл.
натрий гидрооксиді 10 % ерітінді
кальций хлориді (сусыз)
натрий хлориді, қаныққан ерітінді
металды натрий
Қажетті құралдар мен ыдыстар:
100 мл. домалақ түпті колба – 2 дана, екімүйізді форштос, тамшылы воронка,
су тоңазытқышы, су қаққыш, майлы баня, дефлегматор, бөлгіш воронка.
Жұмыс істеудің реті
Екі мүйізді форштет көмегімен тамшылы воронкаға және су тоңазытқышына
жалғанған домалақ түпті колбаға 30 мл. қ – бутил спиртін құйып, оны
үздіксіз араластыра отырып 3,4 мл. күкірт қышқылын (Н2SО4) қосады. Колбаға
қайнатқыштарды қосу арқылы оны майлы баняда бәсең қайнатады. 91 0С
температурада үш қоспа бөлініп шығады: қ – бутил спирті, су және екібутилді
эфир. Тамшы қаққышқа жиналған спирт пен эфирден тұратын су дистиллятын
өлшегіш колбаға құйып, оны тамшы воронкасы көмегімен реакциялық колбаға
кері қайтарады. Төменге тұнған суды жинайды. Реакция тепе – теңдігіне
сәйкес мөлшерде су жиналғанға шейін аталған процесті бірнеше қайтара
жүргізеді. Тамшы воронкасына жиналған спирт – эфирлі суды реакциялық
колбаға қайтару мен суды бөліп ажыратуды қоспа қатты қайнап кетпеуі және
массаның шайырланбауы үшін баяу жүргізу керек. Реакция аяқталғаннан соң (3
сағ.) колбаны салқындатып, 20 мл. 10 % натрий гидрооксид ерітіндісін қосып,
бөлгіш колбаға ауыстырып құяды. Онда массаны бірнеше рет 10 % натрий
гидрооксид ерітіндісімен, сумен және натрий хлоридінің қаныққан су
ерітіндісімен шаяды.
Реакция өнімін қақталған кальций хлоридімен кептіріп, сүзеді де дефлегматор
көмегімен қайта қуалайды. Алғашында 135 0С дейін қайнайтын фракцияны
жинайды, сосын онда натрий металын қосып, одан 140 – 145 0С қайнайтын
екібутилдіэфирді бөліп алады. Айдауды масса кепкенге шейін жүргізуге
болмайды, өйткені қалыпты эфирлер ауамен пероксид түзіп, жарылыс қауіпін
туғызуы мүмкін.
Шығым 12 г. (теориялықпен салыстырғанда 55 %).
Н2SО4
2СН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 - СН2 – СН2 – СН2 - О - СН3 - СН2
–
СН2 – СН3 + Н2О
Реактивтер:
қ – бутил спирті – 30 мл.
Н2SО4 – 3,4 мл.
NаОН, СаСI2 (еріткіштер), NаСI (қаныққан ерітінді), металды Nа.
Тапсырма: қ – бутил спирті – 15 мл.
1 30 мл. қ – С4Н9ОН – 3,4 мл. Н2SО4
15 мл. – х мл. х = 1,7 мл.
Н2SО4
2 30 мл. қ - С4Н9ОН – 30 мл. NаОН
15 мл. – х мл. х = 10 мл. NаОН
3 30 мл. қ - С4Н9ОН – 20 мл. СаСI2
15 мл. - х мл. х
= 10 мл. СаСI2
4 30 мл. қ - С4Н9ОН - 12 г.
15 мл. – х г. х = 6 г.
күтілген шығым
Қорытынды: жүргізілген тәжірибе нәтижесінде екібутилэфирдің шығымы 2,5 г.
құрады. Нақты шығым келесі түрде көрсетіледі:
6 г. - 100 %
2,5 - х % х = 41,6 г.
№ 2 зертханалық жұмыс
Модуль 1. Органикалық синтез технологиясы. Адипин қышқылын алу
Тотықтыру:
СООК
ОН
3 + 8КМnО4 3 (СН2) + 8КМnО2 + 2КОН +
5Н2О
СООК
Тотықтыру – бұл электрондарды беру процесі. Егер қосылыс электрондарды
беруге бейім келсе, онда олжеңіл тотығады.
Электрондарға бай заттар тотықтырғыш бола алады, мысалы, оттегі, калий
перманганаты, азот қышқылы, күкірт, хромды қоспа (күкірт қышқылында калии
бихроматын немесе натрии бихроматын ерітумен алады), хромды қышқыл,
марганец қос тотығы және т. б.
Органикалық қосылыстарға тотықтырғыштардың әсері тотығатын заттың сипаты
мен тотықтыратын заттың табиғатына байланысты болады. Тармақталмаған
қанықпаған көмірсутектер қиын тотығады. Бірақ алкилді топтаржеңіл тотығады,
егер олар карбоксильді топқа дейін ароматикалық молекулалармен байланысқан
болса.
Дегенмен біріншілік және екіншілік спирттер жеңіл тотығады, спирттерді
тотықтыруды жеңіл режимде жүргізеді. Катализатор ретінде мыс металлын,
күміс, мыстың хромтотығы, цинк тотығын қолданады. Екіншілік спирттер
біріншілік спиртке қарағанда жеңіл тотығады, өйткені оның реакциялық
қабілеті біріншілік спиртке қарағанда жоғары. Үшіншілік спирттер қатаң
режимде тотығады.
Адипин қышқылын алу бойынша зертханалық жұмысты орындаудың әдістемесі
Керекті заттар:
Циклогексанол 10,5 мл
Калий перманганаты 30,5 г
500 мл. конусты колбада 250 мл. сумен араластырылған калий перманганатты
ерітіндісімен циклогексанолды қосады, қоспаны 30 0С қыздырады және 2 мл. 10
% едкии натр ертінідісін қосады. Қоспаны өздігімен қыздырады.
Оның температурасы 45°С жеткізеді (~15 минуттан кейін), осы температураны
20 минут бойы мұзбен салқындатып ұстап тұрады. Сосын, белгілі – бір
температураға көтерілген уақытта температура біртіндеп төмендей береді ( -
25 минус). Реакцияны аяқтау және реакциялық ортада перманганат жойылып,
марганецтің қос тотығы коагуляцияға түсу үшін колбаны плиткада (асбест)
қыздырады. Перманганаттың бар екендігін сүзгіш қағазға еріткіш тамшысын
тамызу арқылы анықтайды. Перманганат бар болма, онда марганец қос тотығының
дағы айналасы боялады. Егер 10 – 15 минуттан оны қыздырғанды перманганат
жойылмаса, онда оны натрии бисульфит қосу арқылы жояды (сынаманы
перманганаттың бар – жоқтығына тексереді). Қоспаны Бюхнер воронкасы
көмегімен сүзеді, ал марганец қос тотығы қалдықты жылы сумен жақсылап жуып,
сүзгіде 70 мл. көлемеге шейін булайды. Егер ертінді боялған және мөлдір
болса, онда оны алдан – ала активтелген көмірмен тазалайды. Ыстық
ерітіндіні оның рН 1 – 2 болғанға дейін концентрленген тұз қышқылымен
қышқылдандырады (конго қышқылды реакция) және оған 10 мл. қышқыл қосып,
кристалдандыруға қалдырады. Шығымы 6 - 9 г.
№ 3 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Органикалық синтез технологиясы. о - және п - нитротолуолды алу
Нитрлеу
Ароматикалық көмірсутектерді нитрлеу – ароматикалық қатардағы электрофильді
орын алмасу реакциясының типті түрі. Нитрлеудің механизімін қарастырайық.
Электрофильді болік болып нитрон каттионы NO2+ жатады, ол азот және күкірт
қышқылынан құралады (нитрлеуші қоспа) Ол келесі теңдікпен анықталады:
НNО3 + 2 Н2SО4 NО2 + + Н3О+ + 2НSО- 4
Бірінші сатыда азот және күкірт қышқылының өзара әсерлесуі азот қышқылнда
оттегі атомының протонитрленуі жүреді:
О - +
О
Н – О – N + НОSО3 Н – О – N + - ОSО3Н
О -
О –
Н2О + О =
N = О
Нитрон
катионы
Нитрон катионы пайда болған соң ол бензол ядросының П – жүйесін
шабуылдайды. Нәтижесінде П – комплекс пайда болады, ол кейіннен б –
комплекстің аралық қосылысына айналады:
13 +
+
NО2
+ NО2 NО2
Н
13 + + 13
П – комплекс σ -
комплекс
б – комплек ароматты құрылымда болмайды; бұл тұрақсыз катион, ондағы төрт П
– электрон ядроның бес көмірсутегісіне делокализденген,
сондықтанкөмірсутегінің алтыншы атомы Sp3- жағдайға ауысады. Оны гибритті
құрылымның резонансы ретінде сипатауға болады:
+
NО2 NО2
NО2
Н Н
Н
+
Одан әргі б – комплекстің протоннан тез үзілуі бензолдың орын
ауыстырған өнімі ретіндегі ароматикалық жүйенің тотықсыздануына алып
келеді:
13 +
NО2 NО2
Н - Н
13 + + 13
Нирлеуші қоспаның активтілігі оған түтіндегіш күкірт және азот
қышқылдарын қосу көмегімен жоарлатуға болады. Ондағы су мөлшері айтарлықтай
төмен, егер онда су мөлшері жоғалап кететін болса, онда ол N02+ нитрон
катионының кері қайта жүру реакциясының дамуына әсер етеді:
-
HSО4
N02+ +Н2О Н2NО3 + HNО3 + Н2SО4
Нитрлеуші қоспадан төменірек активтілікті концентрлі азот қышқылы
көрсетеді. Жұмысақ нитрлеуші агент ретінде құмырсқа немесе құмырсқа
ангидридінің азот қышықылымен қоспасын алуға болады. Оны реакцияға өте
қабілетті қосылыстарды нитрлеуге қолданылады.
Бензолды мононитроқосылысқа дейін нитрлеу күкірт қышқылымен жүргізіледі,
оның температурасы 50 - 60°С құрайды. Жоғары температура тотығу
реакциясының туындауына алып келіп соғады және онда екінитробензол пайда
болады ( 90 % - М; 7-8 % О; 1-2 % - П).
Аминдерді нитрлеуге болады, бірақ бұл жолмен нитроаминді алу келесі
себептерге байланысты мүмкін емес:
1) Анилинді нитрлеу тотығуғу алып келіп соғады (шайырлану)
2)
қышқыл ортада анилиннен 1 тұз пайда болады (және басқа да ароматты амндер),
бұл жағдайда аминді топ аммонилі топқа ауысады:
(1 родтағы о және п - +
ориентаттар NН2 NН3
(2 – родтағы м -
ориентаттың орын
орыналмасушысы)
Нитрлеуші қоспа аталғандай тепе – теңдік жүйеге әсер еткенде о -, п –
және м - нитроанилинді қоспа пайда болады. Мұндай қоспаны бөлу өте қиын.
Амин тобын ацилдеу тотығуды төмендетеді, аминотоптың негіздігін төмендетеді
(тұз қышқылмен пайда болмайды), о -, п – ориентацияны сақтайды, о –
жағдайды айтарлықтай экрандайды, нәтижесінде п – нитроанилинді оңай алуға
болады:
NН2 NНСОСН3
NНСОСН3 NН2
(СН3СО)2О НNО3
гидролиз
- СН3 СООН Н2SО4
(Н+ немесе ОН - )
NО2 NО2
Тақырып бойынша сұрақтар:
1. Нитрлеу реакциясының механизімін түсіндіру
2. Нитрлеудегі күкірт қышқылының маңызы
3. Нитробензолды, екінитробензолды, п – нитроанилинді алудағы оңтайлы
режимді көрсетіңіз (температура, азот қышқылының концентрациясы).
4. Анилинді тікелей нитрлеумен нитроанилинді алуға болмайтындығын қалай
түсіндіресіз ?
5. Парафинді қалай нитрлейді ? Реакцияның жағдайы мен механизімін
келтіріңіз ?
о – және п – нитротолуолды зертханалық жағдайда алудың әдістемесі
CН3 CН3
CН3
NО2
+
+ Н2О
НNО3 + Н2SО4
NО2
Толуол 27,3 г (31 мл)
Азот қышқылы (d = 1,4) 37 г (26 мл)
Күкірт қышқылы (d = 1,84} 26 мл
Араластырғышы, термометрі бар үшөзекті колбаға толуолды құйып, оны
нитрлеуші қоспамен араластырады (бөлме температуасында). Нитрлеуші қоспаны
өзге колбада дайындайды: азот қышқылын араластырылып жатқан колбаға
порциямен қосады және күкірт қышқылын салқын сумен салқындатады.
Нирлеуші қоспаны қосудың жылдамдығын реакциялық массаның температуарсы 60
0С аспайтындай етіп реттейді, өйткені өзге жағдайда жанама өнім – полинитро
туындылар пайда болып кетеді. Нитрлеуді жүргізген уақытта реакциялық
колбаны салқын сумен салқындатады.
Нитрлеуші қоспаны толығымен қосып болғаннан соң, реакциялық қоспаны 30 мин.
бойы су банясында 60 0С қыздырады. Салқындатылған рекациялық массаны бөлгіш
воронкаға құйып, төменгі бөліктегі күкіртті қабатты бөледі, ал жоғарғы
бөлікті сумен шаяды. Майлы қабатты кальций хлормен кептіреді, сосын
("Нитробензолды" қараңыз) реакцияға кірмеген толуолды куалап алады.
Қалдықты қуалаудын соң 250 мл. стаканға ауыстырып құйып, 8 сағат бойында
мұз бен тұз көмегімен салқындатады (тоңазытқышқа салып қойса да болады). П
– толуолдың бөлінген кристалдарын сүзіп алады және оны қ. б. 232 – 238 0С
фракциясын жинау арқылы қуалайды. Май қабатын қ. б. 216 – 222 0С
фракциясын бөлу үшін аталған колбада қуалайды. Ол негізі о- натротолуолдан
құралады.
Нитротолуол изомері қоспасының шығымы 37 - 40 г. құрайды.
№ 4 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Органикалық синтездің технологиясы.
п – толуолсульфоқышқыл синтезі
Сульфирлеу және хлорлы сульфирлеу
Ароматикалық қатардағы көптеген электрофильді орын алмасу реакцияларына
қарағанда сульфирлеу реакциясы қайтымды:
АrН + Н2SО4 АrSО3Н +Н2О
Реакция нәтижесінде су бөлінеді және тепе – теңдік константасы солға қарай
ауытқиды, сондықтан сульфирлеуші агент ретінде көп көлемдегі күкірт
қышқылы, олеум немесе моногидрат қолданылады.
Сульфирлеу реакцияның айтарлықтай сенімді электрофильді бөлшектеріне S03
молекуласы немесе бисульфон ионы SO3H жатқызуға болады, ол келесі кесте
түрінде іске асырылады:
+
SО3Н + Н2О + НSО4-
2Н2SО4
SО3 + Н3О+ + НSО4-
ал олеум қолданған уақытты:
О О
Н+
О
Н2SО4 + SО3 О = S – О – S = О Н2SО4 + S+ - ОН
ОН ОН
О
Оσ -
σ+ S = О σ -
О σ -
Қазіргі уақытта аталған екі ионның, атап айтқанда бисульфон ионы SO3H
немесе SО3 молекуласының қайсы – бірі бірінші болып электрофильді шабуылға
шығатындығы бойынша пікір талас жүріп отыр. Көптеген мәліметтер бойынша
қалыпты жағдайда сульфирлеуші агент ретінде төмен электронды тығыздықтағы
құрылымға ие күкірт атомының бейтарап молекуласы SО3 екендігі белгілі болып
отыр.
Реакция механизмі:
2Н2SО4 Н3О+ + НSО4- +SО3
Н
SО3 + С6Н4 баяу
SО3-
Н SО3-
SО3- + НSО4-
+ Н2SО4 тез
SО3-
SО3
+ Н3О
+ Н2О тепе – теңдік солға
қарай ығысады
Хлорсульфирлеу реакциясында пайда болатын сульфоқышқылдың хлорангидридін
алу үшін көп мөлшерде хлорсульфонды қышқылды пайдаланады. Өйткені алғашында
хлорсулфонды қышқылмен әсер еткенде хлорангидритке өтетін сульфоқфшқыл
пайда болады. Қышқылдың артық мөлшері реакция бойынша сульфондардың пайда
болуына алып келеді.
Хлорсульфон реакциясының мысалы ретінде стрептоц синтезінің бірінші сатысы
бола алады:
АrSО2СI + НAr ArSО2СI
Хлорсульфирлеу әдісі тікелей сульфирлеуге қарағанда өзіндік артықшылығымен
ерекшедленеді, өйткені алынған сульфохлорид органикалық еріткіштерде оңай
ериді, сондықтан реакциялық қоспадан ароматикалық сульфоқышқылды бөлуден
сульфохлоридті бөлу оңай.
О
О
NН – С NНС
СН3
СН3
+ НО-SО2СI
SО2СI
П – толуолсульфоқышқылды зертханалық жағдайда синтездеудің әдістемесі
(натрилі тұз)
СН3 СН3
СН3
+ НО – SО3Н + +
SО3Н + Н2О
SО3Н
Конентірленген күкірт қышқылын толуолмен қыздырғанда сульфотоп метил тобына
пара жағдайда байланысады: бір мезетте көп мөлшерде о – хлорсульфоқышқыл
пайда болады:
Жақсы еритін сульфоқышқылды натрии тұзы ретінде бөліп алады. Аталған тұздың
жақсы еруі үшін қоспаға артық мөлшердегі хлорлы натрииді қосады.
а) Толуолсульфоқышқылды натриді алудың әдісі
Реактивтер:
Толуол 32 мл немесе 28 г (0,3 моль)
Концентрлі күкірт қышқылы 19 мл (0,36 моль)
Натрии бикарбонаты; хлорлы натрий.
Қайтымды су тоңазытқышы бар 200 мл. домалақ түпті колбаға толуол мен
күкірт қышқылын құяды және оның түбіне тас сынықшаларын салады, сөйтіп
асбестті материалда қайнау температурасына шейін қыздырады. Тығынға күкірт
қышықлының тамшылары тамбас үшін ұзын мойында колбаны алған дұрыс. Колбаны
қолмен айналдыра отырып қоспаны араластырады, сосын толуол қайнай
бастағанда қыздыруды бәсеңдетіп, толуол әлсіз қайнау үшін температураны
реттейді Әрбір 2 - 3 минут сайын сұйық қабатын араластырады. Бір сағаттан
соң толуол қабаты жойылады және тоңазытқыштан тек әлсіз тамшылар ағып
тұрады, бұл реакцияның біткендігін көрсетеді.
Жылы реакциялық қоспаны 100 мл. стаканға құяды, ал колбаны сумен
шаяды (егер реакциялық қоспа кристалдана бастаса, оны қыздыру керек).
Қышқыл ерітнідіні 15 г. натрий бикорбанатын порциямен қосу арқылы
бейтараптандырады, сосын 40 г. хлорлы натрииді, керек болса аздап су қосып
қайнағанға шейін қыздырады. Су тұзды еріту үшін қажет. Ерітіндіні сүзеді,
қармен салқындатады (немесе мұзды сумен) және түтікше қабырғасындағы
жабысып тұрған кристалдарды жанамалай жууып, натрий толуолсульфоқышқылдың
кристалдарын сүзу үшін тұндырады. Қалдықты сүзгіден сығып шығарады.
Хлорлы натрий тұзының шығымы 17 г.
Синтез әдістемесі бойынша сұрақтар
1. Толуолды сульфирлеу қандай температурада жүргізіледі ?
2. Толуолдың бұрқылдап қайнауына неге жол берілмейді ?
3. Реакция соңын қалай анықтайды ?
4. Толуолсульфоқышқылдан алынған натрий тұзын қаныққан хлорлы натрий
ерітіндісімен неге шаяды ?
№ 5 зертханалық жұмыс
Модуль 2. Визкозиметрия әдісімен полимерлердің молекулалық салмағын
анықтау.
Орташа массалық молекулалық массаны (Мω) сипаттаудың ең қарапайым және
арзан әдісі полимерлердің сұйытылған ерітінділерінің сипаттамалық деп
аталатын тұтқырлығын өлшеуге негізделген. Әртүрлі деформация түрлерінде
газдың немесе сұйықтықтың бір бөлігінің жылжуына екіншісінің кедергі
көрсету қасиеті тұтқырлық деп аталады.
Полимерлердің тұтқырлығы – бұл тұтқыр-аққыштық күйдегі полимердің,
үлгінің пішінінің қайтымсыз өзгеруіне қарсылық көрсете білу қасиеті.
Тұтқырлық өлшемі СИ жүйесінде – Н·см2, СГС – пуаз (пз) (1 пз = 0,1
Н·см2), динамикалық тұтқырлық – Па·с; кинематикалық тұтқырлық – м2с.
Полимер ерітінділерінің тұтқырлығы полимердің макромолекуласының
иілгіштігі мен молекулалық массасына, еріткішпен әрекеттесу сипатына, ал
басқаша жағдайда – ерітінді концентрациясына, түсірілген кернеу шамасы мен
температураға байланысты.
Молекулалық масса мен сипаттамалық тұтқырлық Марк-Куна-Хувинк
теңдеуімен өрнектелетін эмпирикалық қатынаспен байланысқан:
[η] = К·Мα (15)
мұндағы: К және α – температураны анықтардағы полимер-еріткіш
жүйесіне арналған тұрақтылар
α–еріткіш табиғатына байланысты 0,5-0,8
аралығында болып келеді
Марк-Куна-Хувинк теңдеуінен шығатыны, яғни lg[η] молекулалық масса
логарифмінің сызықты функциясы болып табылады:
lg [η] = lg К + α lg Mυ
Немесе
lg M = 1 α lg [η] – lg K α = A lg [η] – В (16)
Сипаттамалық тұтқырлық концентрациясы нөлге ұмтылғандағы сұйытылған
ерітіндінің жуықталған тұтқырлығының шектеулі мәнін көрсетеді:
[η] = (lіm ηм С)c o (17)
Оны алынған бірнеше концентрация мәндерін нөлдік концентрацияға
графикалық экстрополяциялау жолымен анықтайды.
Жуықталған тұтқырлық (ηж) деп ерітіндінің меншікті тұтқырлығының
концентрациясына қатынасын атайды:
ηж = ηм С (18)
Меншікті тұтқырлық (ηм) деп ерітінді мен еріткіштің тұтқырлығының
айырмасының еріткіш тұтқырлығына қатынасын атайды:
ηм = (η1 – η2) η2 = ηс – 1 (19)
мұндағы η1 – ерітінді тұтқырлығы;
η2 – еріткіш тұтқырлығы;
ηс – салыстырмалы тұтқырлық
Демек, сипаттамалық тұтқырлықтың анықталуы полимерлердің шексіз
сұйытылған ерітінділерінің салыстырмалы тұтқырлығын анықтауға тіреледі.
Тұтқырлықты әртүрлі әдістерді жүргізіп өлшеуге болады, дегенмен барлығынан
қолайлысы Оствальд пен Убеллоде капиллярлы визкозиметрлерін қолдану.
Оствальд әдісі бойынша сұйықтықтардың абсолютті әрі салыстырмалы
тұтқырлығын өлшеуге болады. Полимерлердің сұйытылған ерітінділерін
зерттегенде көбінесе тұтқырлық коэффициентінің абсолютті мәнін емес,
ерітіндінің салыстырмалы тұтқырлығын, яғни ерітінді тұтқырлығының таза
еріткіш тұтқырлығына қатынасын пайдаланады:
ηс = ηерітінді ηеріткіш (20)
Сұйытылған ерітінді концентрациясы өте төмен (0,01 гмм-ден аз), сол
себепті ерітінді мен еріткіш тығыздығының бір-бірінен айырмашылығы аз және
d = do деп қабылдауға болады, онда
ηс = t to (21)
мұндағы: t – ерітіндінің ағып өткен уақыты;
to – еріткіштің ағып өткен уақыты.
Жуықталған (келтірілген) тұтқырлықтың өзгеруі, сұйытылған
ерітінділердегі полимердің концентрациясына байланысты түзу сызықпен
өрнектеледі. Алынған түзуді нөлдік концентрацияға экстраполяциялап ордината
осін lg[η]–тең (сипаттамалық тұтқырлыққа) кесіндімен қиып өтеді:
м С
1,6
1,4
1,2
1,0
[]
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
С, г 100мл
1 сурет. Жуықталған тұтқырлықтың концентрацияға тәуелділігі
[η] мәнін (16) теңдеуге қойып Mυ есептейміз.
Анықтау әдістемесі
Қажетті аспаптар: вискозиметр, термостат (температураны тұрақты етіп
ұстап тұратын құрылғы), вискозиметрді орнатуға арналған құрылғы, 0,2
мм-ден бөлінген 5 мм-лік градуирленген пипетка, секунд өлшегіш.
Вискозиметрлер – диаметрі 0,6-0,9 мм Оствальд пен Убеллоде капиллярлы
вискозиметрлері қолданылады.
Тез ұшып кететін қосылыстардың сұйықтықтарының ерітінділерінің
тұтқырлығын анықтау үшін, шүмек жүйесімен жабдықталған, еріткіштердің ұшып
кетуін кедергі жасайтын және жабық жүйеде тұтқырлықты анықтауды қайтадан
жүргізуге мүмкіндік беретін вискозиметрлерді (2 суретті қара) қолдану
ұсынылады.
2 сурет: А) Оствальд және аспалы деңгейі бар Убеллоде (б, в)
вискозиметрлері: 1- резервуар; 2,3,4 – түтікшелер; 5,7 –
белгілері; 6,8 – шариктері.
Оствальд вискозиметрін қолданған кезде, міндетті түрде вискозиметрге
шариктегі деңгейі бірдей болатындай етіп ерітінді ( еріткіштің) мөлшерін
құю қажет. Жұмысқа тек таза вискозиметрді пайдалану қажет.
Термостат. Тұтқырлықты өлшегенде 0,010С дәлдікпен температураны
тұрақты етіп ұстап тұру қажет. Тұтқырлықты төмендеу температураларда (15-
200С) өлшегенде термостатты сумен толтыруға болады. Термостат ретінде үлкен
химиялық стақанды пайдалануға болады.
Полимерді дайындау. Зерттер алдында полимерді қайта тұндыру және
тұрақты массаға дейін вакуумды шкафта кептіру арқылы қоспалардан тазарту
қажет. Қайта тұндырғанда, егер полимер қоймалжыңдау болса пробиркада
немесе, егер қатты болса, түбі жалпақ колбада ерітеді.
Полимер-еріткіш қатынасы 1:3 немес 1:5. Тезірек еріту үшін колбаны
сыртынан су толтырылған ыдыста қыздыруға болады. Сосын полимер ерітіндісі
бар стақанға шыны таяқша бойымен көлемі бестен он есеге дейінгі тұндырғышты
қосады. 30-40 минут тұғаннан кейін, тұндырғыштың 2-3 тамшысын қосып толық
тұнғандығын тексереді.
Егер жоқ болып кеткен бұлыңғырлық қайтадан пайда болса, онда қайтадан
тұндырғыш қосады. Түскен тұнбаны тұндырғыштан бөліп алып, тұрақты салмаққа
ие болғанша кептіргіш шкафта 50-600С-та кептіреді. Кептіру мерзімі үлгінің
түрі мен мөлшеріне байланысты.
Полимер ерітіндісін дайындау. Вискозиметр арқылы полистиролдың
молекулалық массасын анықтау үшін еріткіш ретінде толуол немесе бензолды
пайдалану ұсынылады.
1%-тік ерітіндіні дайындау: 0,001г дәлдікпен полимердің 0,5 г өлшеп,
қақапағы бар көлемі V=70 мл-лік түбі жалпақ колбаға салады да, үстіне 49,5
мл еріткішті құяды. Полимер толық ерігенше бөлме температурасында ұстайды.
Концентрациялары: 0,5; 0,25; 0,125% ерітінділерді 1%-тік ерітіндіні таза
еріткішпен біртіндеп сұйылту жолымен дайындайды.
Бұл үшін 1%-тік концентрациялы ерітіндінің 15 мл көлеміне дәл сонша
еріткішті құяды, концентрациясын теңестіру үшін жәй ғана ерітіндіні
шайқайды (еріткіш ұшып кетпеуі үшін колбаның аузы жабық болуы қажет). Содан
кейін тағы да сол дайындалған ерітіндіден 15 мл алып, 15 мл еріткішпен
сұйылтады және т.с.с.
Концентрациясы 0,75%-тік ерітіндіні дайындау үшін 1%-тік ерітіндінің
20 мл-не 6,6 мл еріткіш құяды.
Өлшеуді жүргізу және нәтижелерін есептеу
Жұмыстағы маңызды сәт еріткіштер мен дайындалған полимер ерітінділерін
термостаттау. Осы мақсатпен термостатта қажетті температураны орнатып,
вискозиметрді тік етіп орналастырады.
Вискозиметрдің кеңдеу иініне шыны сүзгі (№1 немесе №2) арқылы
пипеткамен 10-15 мл еріткіш құяды және вискозиметрдегі еріткіш
температурасы термостат температурасына теңесу үшін 15 минут бойы
термостаттайды. Дайындалған полимер ерітінділерінің термостатталу уақытын
азайту үшін, түбі жалпақ ертінділері бар колбаларды (тығыз тығындалған)
алдын-ала темростатта немесе су толтырылған ыдыста 15-20 минут
термостаттайды. Термостат пен су толтырылған ыдыстағы су температурасы
бірдей болуы қажет және еріткіштер түріне байланысты (К және α
тұрақтыларының мәндері 1 қосымшадағы кестеде) таңдалынып алынады.
Мұндай тәсілде термостаттау уақыты ерітіндінің әрбір келесі кезектегі
үлесі үшін 5 минутке дейін қысқарады.
Сосын таза еріткіштің ағып өту уақытын анықтайды. Бұл үшін сорып-
үрлегіш нәк (груша) көмегімен өлшеу шариктері толғанша вискозиметрдің тар
иініне еріткіш енгізеді.
Капиляр мен шарикті үш рет шайып (жуып), өлшеу шаригінің жоғарғы және
төменгі белгісі аралығынан сұйықтықтың ағып өту уақытын секунд өлшегішпен
өлшейді. Еріткіштің бір үлесі үшін, анықтауды бестен кем жүргізбейді. Соңғы
нәтиже ретінде орташа арифметикалық мәнін алады. Егер өлшеу нәтижелерінің
айырмашылығы 0,2 секундтен асатын болса, оларды есепке алмайды және соған
сәйкес өлшеу санын көбейтеді.
1 Кесте - Тұтқырлықты өлшеу нәтижелері
Концентрация гмл, еріткіш-толуол tорташа ηс ηс ηмС
0,125% 1,1·10-3
0,25% 2,2·10-3
05% 4,3·10-3
0,75% 6,5·10-3
1,0% 8,8·10-3
Есептеу мысалы: еріткіш-толуол, концентрациясы гмл түрінде.
Тығыздығы d = 867 кгм3
0,125%-дық полистирол ерітіндісінде–99,875 г еріткіш немесе–115,2 мл
0,125 гмл
Х = = 0,001085 гмл = 1,1·10-3 гмл
115,2 мл
0,25г ПС – 99,75 г немесе 115,05 мл еріткіш
Х = 0,002173 гмл = 2,2·10-3 гмл
0,5г ПС – 99,5 г немесе 114,76 мл еріткіш
Х = 0,0043 гмл = 4,3·10-3 гмл
0,75г ПС – 99,25 г немесе 114,47 мл еріткіш
Х = 0,0065 гмл = 6,5·10-3 гмл
1г ПС – 99 г немесе 114,19 мл еріткіш
Х = 0,0088 гмл = 8,8·10-3 гмл
Кесте мәндеріне сүйеніп график тұрғызамыз. Кестеден [η] анықтаймыз.
Молекулалық массаны [η] мәнін (18) теңдеуге қойып есептейміз. Мысалы:
25 0С-гі толуолдағы молекулалық массасы 104-нен 107-гі,
[η]=1,005,
К = 1,34·10-4, α = 0,71 болғандағы полистиролды есептеу үшін
lgMυ = 1,408·1,005 + 5,455 = 5,458
Mυ = 277000
Кейбір полимерлер үшін сипаттамалық тұтқырлығы бойынша молекулалық
массасын есептеу үшін қажетті К мен α тұрақтыларының мәндері 2 кестеде
көрсетілген.
2 Кесте.
Полимер Еріткіш Тем Молекулалық К α
пера масса аумағы
тура
Полибутадиен Толуол 25 7·104...4·105 1,10·10-3 0,62
Циклогексанон20 2,3·105...1,3·103,6·10-4 0,70
6
Полиизобутилен Толуол 25 1,4·105...3,4·108,6·10-4 0,56
5
Поливинилацетат Ацетон 30 2,7·104...1,3·101,02·10-4 0,72
Метил спирті 30 6 3,14·10-4 0,60
2,7·104...1,3·10
6 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz