Przeprowadzono eksperyment, które pozwolił zbadać reakcję alkoholi z kwasem chlorowodorowym w środowisku chlorku cynku. Zapoznaj się z opisem doświadczenia i wykonaj polecenia.

Analiza eksperymentu: Badanie reakcji alkoholi z kwasem chlorowodorowym w środowisku chlorku cynku.

Problem badawczy: Jak odróżnić od siebie trzy alkohole: butan–$1$–ol, butan–$2$–ol i $2$–metylopropan–$2$–ol.

Hipoteza: Butan–$1$–ol, butan–$2$–ol i $2$–metylopropan–$2$–ol to alkohole o różnych rzędowościach, w związku z czym będą z różną szybkością reagowały z $\text{HCl}$ pod wpływem ${\text{ZnCl}}_2$.

Sprzęt laboratoryjny:

• $3$ probówki – podłużne naczynia szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• waga laboratoryjna – urządzenie elektryczne służące do wyznaczania mas substancji. Daną substancję umieszcza się na srebrnej tacy umieszczonej na urządzeniu. Masa ważonej substancji wyświetlana jest na wyświetlaczu;

• naczynko wagowe – sprzęt laboratoryjny służący do dokładnego odważania substancji stałych;

• łyżeczka – długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką. Służy do nabierania sypkich substancji chemicznych;

• cylinder miarowy – podłużne szklane naczynie laboratoryjne w kształcie walca z umieszczoną na ściance podziałką objętości. Służy do odmierzania cieczy;

• pręcik szklany, służący do mieszania cieczy;

• pipeta automatyczna – jest to specjalny rodzaj pipety miarowej; posiada ona mechanizm składający się z tłoczka ze sprężynką, rączki, regulatora oraz wymiennej końcówki.

Odczynniki chemiczne:

• butan–$1$–ol;

• butan–$2$–ol;

• $2$–metylopropan–$2$–ol;

• bezwodny chlorek cynku;

• stężony roztwór kwasu chlorowodorowego.

Przebieg eksperymentu:

1. Przygotowany odczynnik Lucasa: a) za pomocą łyżeczki pobrano bezwodny chlorek cynku do naczynka wagowego i odważono $\mathrm{9,3}$ gramów; b) odmierzono $6$ centymetrów sześciennych w cylindrze miarowym stężonego roztworu $\text{HCl}$; c) odważony bezwodny chlorek cynku przeniesiono do stężonego roztworu kwasu chlorowodorowego i zamieszano szklanym pręcikiem.

2. Odmierzono za pomocą pipety automatycznej po $\mathrm{0,2}$ centymetra sześciennego badanych alkoholi i przeniesiono je do probówek $1$, $2$ i $3$.

3. Za pomocą pipety automatycznej do każdej z probówek dodano po $2$ centymetry sześcienne odczynnika Lucasa.

4. Probówki lekko wstrząśnięto.

Obserwacje:

W probówce $1$ brak objawów reakcji, w probówce $2$ zaobserwowano zmętnienie po około $5$ minutach, natomiast w probówce $3$ zmętnienie pojawiło się natychmiast.

Wyniki:

• W probówce pierwszej znajduje się butan–$1$–ol, ponieważ reakcja chemiczna zaszła z tak niewielką szybkością, że nie zaobserwowano powstającego chlorku – jest to charakterystyczne dla alkoholi pierwszorzędowych.

• W drugiej probówce obecny jest butan–$2$–ol, ponieważ reakcja chemiczna zaszła po pewnym czasie (zmętnienie pojawiło się po około $5$ minutach) – jest to charakterystyczne dla alkoholi drugorzędowych, które są aktywniejsze od alkoholi pierwszorzędowych.

• W trzeciej probówce znajduje się $2$–metylopropan–$2$–ol, ponieważ reakcja chemiczna zaszła natychmiast (od razu pojawiło się zmętnienie) – jest to charakterystyczne dla alkoholi trzeciorzędowych, które są najbardziej aktywne.

Wnioski:

Alkohole trzeciorzędowe są aktywniejsze w reakcji substytucji nukleofilowej od alkoholi drugorzędowych, które są aktywniejsze od alkoholi pierwszorzędowych. Butan–$1$–ol, butan–$2$–ol i $2$–metylopropan–$2$–ol to alkohole o różnych rzędowościach, w związku z czym reagują z różną szybkością z kwasem chlorowodorowym – butan–$1$–ol najwolniej, butan–$2$–ol szybciej, natomiast $2$–metylopropan–$2$–ol najszybciej.