Identificarea Unui Fenol Polihidroxilic: Reacție Și Structură

Salutare, pasionați de chimie! Astăzi vom dezlega misterul unei reacții chimice intrigante și vom identifica structura unui fenol polihidroxilic necunoscut. Problema noastră implică un fenol cu NE=4 (grad de nesaturare), o masă molară de 126 g/mol, și o reacție cu sodiu care eliberează o cantitate specifică de hidrogen. Să ne scufundăm în detalii și să vedem cum putem rezolva această problemă pas cu pas.

Analiza Inițială a Problemei

Înainte de a începe calculele complexe, haideți să înțelegem bine ce informații avem la dispoziție și ce ni se cere. Avem de-a face cu un fenol polihidroxilic, ceea ce înseamnă că molecula conține un nucleu aromatic (benzenic) și mai multe grupări hidroxil (-OH) atașate. Informația crucială este că gradul de nesaturare (NE) este 4. Gradul de nesaturare ne spune câte cicluri sau legături π (duble sau triple) există în moleculă. Un nucleu benzenic are un grad de nesaturare de 4 (un ciclu și trei legături π), deci structura de bază este nucleul aromatic. Masa molară de 126 g/mol ne va ajuta să restrângem posibilitățile, iar reacția cu sodiu și volumul de hidrogen eliberat ne vor oferi informații despre numărul de grupări hidroxil.

Fenolii, acești compuși aromatici fascinanți, sunt adevărați maeștri ai reacțiilor chimice. Structura lor, un inel benzenic legat direct de una sau mai multe grupări hidroxil (-OH), le conferă proprietăți unice și o reactivitate remarcabilă. Aceste grupări hidroxil nu sunt doar niște ornamente moleculare; ele sunt centre active care pot reacționa cu diverse substanțe, inclusiv metale alcaline precum sodiul. Reacția cu sodiul este una dintre cele mai elocvente demonstrații ale caracterului acid al fenolilor. Gruparea -OH, deși similară cu cea din alcooli, are un hidrogen mult mai ușor de disociat datorită influenței stabilizatoare a inelului aromatic asupra anionului fenoxid format. Această aciditate crescută este cheia reacției pe care o studiem astăzi. Când un fenol reacționează cu sodiul, hidrogenul din gruparea -OH este înlocuit cu sodiu, formând un fenoxid și eliberând hidrogen gazos (H2). Acest gaz nu este doar un produs secundar; cantitatea de H2 degajată este direct proporțională cu numărul de grupări -OH prezente în molecula de fenol. Astfel, măsurând volumul de H2 eliberat, putem deduce câte grupări hidroxil are fenolul nostru misterios. Este ca și cum am folosi reacția chimică ca pe o lupă, dezvăluind secretele structurale ale moleculei. Volumul de hidrogen degajat în condiții normale (c.n.) este un indiciu prețios. Condițiile normale se referă la o temperatură de 0 grade Celsius și o presiune de 1 atmosferă, iar în aceste condiții, un mol de gaz ideal ocupă un volum de 22,4 litri. Acest număr magic, 22,4 l/mol, este constanta noastră în această aventură chimică. Folosind această constantă și volumul de H2 eliberat în reacție, putem calcula cu exactitate câți moli de H2 s-au format. Iar de aici, drumul către determinarea numărului de grupări -OH în fenol devine clar și concis.

Calculul Numărului de Moli de H2 Eliberați

Un pas crucial în rezolvarea acestei probleme este determinarea numărului de moli de hidrogen (H2) eliberați în reacție. Știm că reacția a degajat 67,2 litri de H2 în condiții normale (c.n.). Așa cum am menționat anterior, în condiții normale, un mol de gaz ocupă un volum de 22,4 litri. Astfel, putem folosi această informație pentru a calcula numărul de moli de H2:

Număr de moli H2 = Volumul H2 / Volumul molar (c.n.)

Număr de moli H2 = 67,2 l / 22,4 l/mol = 3 moli

Așadar, reacția a eliberat 3 moli de H2. Această informație este esențială pentru a înțelege stoichiometria reacției și a determina câte grupări hidroxil sunt prezente în molecula de fenol.

Determinarea Numărului de Grupări Hidroxil

Acum că am calculat numărul de moli de H2 eliberați, putem face o legătură crucială cu numărul de grupări hidroxil (-OH) din fenol. Reacția dintre un fenol și sodiu implică înlocuirea atomului de hidrogen din gruparea -OH cu un atom de sodiu. Fiecare grupă -OH care reacționează eliberează jumătate de moleculă de H2 (deoarece H2 este diatomic). Prin urmare, numărul de moli de H2 eliberați este jumătate din numărul de moli de grupări -OH care au reacționat. Putem exprima această relație sub forma unei ecuații:

Moli H2 = (1/2) * Moli grupări -OH

Rezolvând pentru moli de grupări -OH, obținem:

Moli grupări -OH = 2 * Moli H2

În cazul nostru, am calculat că s-au eliberat 3 moli de H2. Astfel:

Moli grupări -OH = 2 * 3 moli = 6 moli

Aceasta înseamnă că 252 g de fenol au reacționat cu sodiu și au generat 6 moli de grupări -OH. Acum trebuie să corelăm această informație cu masa fenolului pentru a determina numărul de grupări -OH per moleculă de fenol.

Calculul Numărului de Moli de Fenol

Pentru a determina numărul de grupări hidroxil per moleculă de fenol, trebuie să știm câți moli de fenol au reacționat. Ni s-a dat masa de fenol (252 g) și masa molară (126 g/mol). Putem calcula numărul de moli folosind formula:

Moli fenol = Masa fenol / Masa molară fenol

Moli fenol = 252 g / 126 g/mol = 2 moli

Așadar, 2 moli de fenol au reacționat cu sodiu.

Determinarea Numărului de Grupări -OH per Moleculă de Fenol

Acum avem toate informațiile necesare pentru a determina câte grupări hidroxil sunt prezente în fiecare moleculă de fenol. Am stabilit că 2 moli de fenol au generat 6 moli de grupări -OH. Pentru a găsi numărul de grupări -OH per moleculă, împărțim numărul de moli de grupări -OH la numărul de moli de fenol:

Grupări -OH per moleculă = Moli grupări -OH / Moli fenol

Grupări -OH per moleculă = 6 moli / 2 moli = 3

Aceasta înseamnă că fiecare moleculă de fenol conține 3 grupări hidroxil. Aceasta este o informație crucială care ne va ajuta să identificăm structura fenolului.

Identificarea Structurii Fenolului

Acum știm că fenolul nostru are 3 grupări hidroxil și un grad de nesaturare de 4 (datorită nucleului benzenic). Haideți să analizăm opțiunile oferite: o-crezol, hidrochinonă, pirogalol, timol și orcină, și să vedem care se potrivește cu aceste criterii:

• o-crezol: Are un nucleu benzenic, o grupă -OH și o grupă metil (-CH3). Deci, are doar o grupă -OH. Nu se potrivește.
• hidrochinonă: Are un nucleu benzenic și două grupări -OH în pozițiile para. Nu se potrivește.
• pirogalol: Are un nucleu benzenic și trei grupări -OH în poziții vicinale (1,2,3). Se potrivește cu criteriile noastre.
• timol: Are un nucleu benzenic, o grupă -OH, o grupă izopropil și o grupă metil. Are doar o grupă -OH. Nu se potrivește.
• orcină: Are un nucleu benzenic și două grupări -OH și o grupă metil. Nu se potrivește.

Pirogalolul este singurul compus care are 3 grupări -OH atașate la nucleul benzenic. Prin urmare, acesta este răspunsul corect.

Concluzie

Felicitări, am ajuns la capătul acestei călătorii chimice! Am identificat fenolul misterios ca fiind pirogalol, un compus cu 3 grupări hidroxil atașate la un nucleu benzenic. Am făcut acest lucru analizând informațiile furnizate, calculând numărul de moli de H2 eliberați, determinând numărul de grupări -OH per moleculă și comparând rezultatele cu structurile posibile. Sper că această explicație detaliată a fost utilă și că ați învățat ceva nou despre fenoli și reacțiile lor. Țineți minte, chimia este ca un puzzle fascinant, și fiecare piesă de informație ne ajută să vedem imaginea de ansamblu mai clar! Până data viitoare, guys!