Книга по химии для домашнего чтения - [121]

(см. 4.20) при реакции образуются диоксид углерода CO₂ и вода. Эти побочные продукты реакции поглощают раствором гидроксида калия КОН, а объем азота измеряют. Расчет позволяет определить, сколько азота было в исходном органическом веществе.

8.2. ПРОБА БЕЙЛЬШТЕЙНА

Знаете ли вы, что русский химик Бейльштейн — не только составитель широко известного справочника по органическим соединениям, но и автор оригинального способа качественного определения галогенов в органических веществах?

Высокочувствительная «проба Бейльштейна» позволяет обнаружить наличие галогенов (см. 4.34) в органическом соединении с использованием минимального количества исследуемого вещества. Для ее проведения берут медную проволоку и на конце сгибают ее в небольшое колечко, которое прокаливают в пламени газовой горелки до тех пор, пока оно не перестанет окрашиваться (это делают для того, чтобы удалить все летучие соединения меди). Затем проволоку охлаждают и погружают в небольшое количество исследуемого вещества. Если теперь внести проволоку в огонь, то разрушение органического вещества, содержащего атомы галогенов — хлора, брома, иода, при высокой температуре приведет к образованию на поверхности проволоки галогенидов меди, которые окрашивают пламя в зеленый цвет.

Следует учесть, однако, что ряд органических веществ, не содержащих галогенов (например, карбамид, см. 8.5) тоже окрашивают пламя в зеленоватый цвет.

8.3. РЕАКЦИЯ БУНЗЕНА И РЕАКТИВ ФИШЕРА

Прямое назначение реактива Фишера (Карл Фишер — немецкий химик-аналитик) — определение содержания воды в органических и неорганических веществах. Реакция, положенная в основу этого метода, — взаимодействие иода I₂ с диоксидом серы SO₂:

I >2 + SO >2 + 2H >2 O ↔ 2HI + H >2 SO >4

была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I₂ с SO₂ не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. В 1935 г. Фишер сделал реакцию Бунзена аналитической, проходящей со 100%-м выходом, добавив к I₂ и SO₂ пиридин C₅H₅N и метанол CH₃OH (см. 1.60). Пиридин связывает продукты реакции, а метанол служит растворителем исходных веществ:

2C >5 H >5 N∙I >2 + C >5 H >5 N∙SO >2 + H >2 O = 2C >5 H >5 N∙HI + C >5 H >5 N∙SO >3 .

Смесь метанола, пиридина, иода и диоксида серы получила название реактива Фишера.

8.4. НЕССЛЕР ИЛИ КЬЕЛЬДАЛЬ?

Агрохимическая лаборатория находилась неподалеку от животноводческого комплекса. Удивительно, но факт: в те дни, когда ветер дул от ферм в сторону лаборатории, все анализы на содержание азота в карбамиде (мочевине) и других азотсодержащих удобрениях были испорчены, так как показывали невероятное, почти стократное превышение. Почему определение азота зависело от направления ветра?

Чаще всего в лаборатории используют для анализа азотсодержащих веществ методы Несслера или Кьельдаля.

Юлиус Несслер (1827–1905) — немецкий химик-аналитик — предложил в 1868 г. для качественного и количественного определения примесей аммиака NH₃ и солей аммония (например, хлорида аммония, см. 1.44) в различных веществах реакцию взаимодействия аммиака с щелочным раствором комплексного соединения тетраиодомеркурата калия K₂(HgI₄):

2K >2 (HgI >4 ) + NH >3 + 3КОН = (Hg >2 N)I∙H >2 O + 7KI + 2Н >2 O.

В результате реакции образуется вещество (Hg₂N)I∙H₂O, придающее анализируемому раствору желтый цвет, когда аммиака очень мало. При больших его количествах выпадает осадок бурого цвета.

Позднее, в 1883 г., Иохан-Густав-Кристоффер Кьельдаль (1849–1900), датский химик, разработал другой метод анализа, названный впоследствии его именем. Вещество, которое предстоит анализировать, он сначала разлагал кипячением с концентрированной серной кислотой, часто в присутствии катализаторов. При этом азот органического соединения превращался в сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, как, например, в случае анализа карбамида CO(NH₂)₂:

CO(NH >2 ) >2 + H >2 SO >4 + H >2 O = CO >2 ↑ + (NH >4 ) >2 SO >4 .

После добавления к сульфату аммония раствора гидроксида натрия NaOH выделялся газообразный аммиак, который нагреванием удаляли из раствора:

(NH >4 ) >2 SO >4 + 2NaOH = 2NH >3 ↑ + Na >2 SO >4 + 2Н >2 О↑

и поглощали точно отмеренным количеством разбавленной серной кислоты. Можно для определения количества аммиака (или катиона аммония) в завершающей части анализа использовать и реакцию Несслера.

В воздухе животноводческого помещения всегда повышенное содержание аммиака; аммиак отлично поглощается водой и кислотами, а это приводит к большому искажению результатов химического анализа.

8.5. ВСЛЕД ЗА ВЁЛЕРОМ

Вёлер (см. 2.18) в 1828 г. случайно (см. 9.19) обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония NH₄NCO образуется карбамид (NH₂)₂CO (мочевина). Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории:

NH >4 NCO ↔ (NH >2 ) >2 CO,

а сама реакция получила название реакции Вёлера. Это пример обратимой реакции таутомерии — превращения одного структурного изомера в другой.

Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845–1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму. Синтез карбамида по Базарову состоял во взаимодействии аммиака NH₃ и диоксида углерода CO