Labbrapport

Hej, är väldigt osäker på denna labbrapport, särkild diskussions delen, skulle vara bra om någon kunde läsa igenom den och se om allt faktiskt hänger ihop, som sagt diskussionen är jag inte säker på, det känns som om något är fel men vet inte vad det är och om det bara jag som tänker så eller om det faktiskt är så, har inte någon som kan läsa igenom den innan jag ska lämna in, så det är mycket uppskattat

Bakgrund
Kemisk identifiering av okända ämnen är en viktig del av kemiska analyser. Analystekniker delas ofta in i två grupper beroende på vad man undersöker: kvantitativ analys och kvalitativa analys. Kvalitativ analys handlar om att identifiera förekomsten eller frånvaron av ämnen eller egenskaper i en provsubstans, medan kvantitativ analys syftar till att bestämma mängden eller koncentrationen av en specifik förening eller egenskap i en provsubstans. En vanlig metod som används för att identifiera okända kemikalier är genom att använda en kombination av olika experimentella tekniker, inklusive löslighetstester och spektroskopiska metoder.

Löslighetstester kan användas för att avgöra vilka klasser av kemikalier det okända ämnet tillhör, till exempel om det är en syra, bas, alkohol eller keton. Spektroskopiska metoder, såsom infraröd spektroskopi och masspektrometri, kan användas för att identifiera de funktionella grupperna i molekylen och dess kemiska struktur.

Infraröd spektroskopi är en teknik som används för att mäta absorptionsfrekvenserna hos molekyler vid olika våglängder av infrarött ljus. Varje funktionell grupp i en molekyl har karakteristiska absorptionsfrekvenser, vilket gör att det är möjligt att identifiera vilka funktionella grupper som finns i molekylen. IR-strålning interagerar med molekyler på ett sätt som beror på molekylens kemiska sammansättning och struktur. Varje molekyl har en unik IR-spektrum, vilket är ett diagram som visar hur mycket IR-strålning som absorberas vid olika frekvenser eller våglängder. Detta spektrum kan användas för att identifiera molekylära funktionella grupper och kemiska bindningar. IR-spektroskopi fungerar genom att skicka en IR-stråle genom en provlösning och mäta den mängd strålning som passerar genom provet. Därefter skapas ett spektrum av provet som visar de IR-strålningar som absorberades och de som passerade genom provet. Detta möjliggör identifiering av de funktionella grupperna som finns i molekylen och deras förekomst.

Masspektrometri är en teknik som används för att mäta molekylvikten och fragmenteringen av molekylen. Molekylen joniseras och accelereras sedan in i en massaanalysator som separerar jonerna beroende på deras massa-laddningsförhållande. Därefter detekteras jonerna och fragmenteringen av molekylen analyseras. Masspektrumet består av två huvudkomponenter: m/z-axeln och intensitetsaxeln. M/z-axeln visar mass-till-laddningsförhållandet (m/z) för varje jon som detekteras. Intensitetsaxeln visar intensiteten av varje jon, vilket representerar antalet joner som detekteras vid den specifika massan. Ju högre intensitet, desto fler joner av den specifika massan finns i provsubstansen. Masspektrumet kan användas för att bestämma molekylvikten av provsubstansen genom att identifiera det mest intensiva jontoppen i spektret och dividera dess m/z-värde med laddningen på jonen.

Funktionella grupper är specifika atomgrupper som ger organiska molekyler sina reaktiva egenskaper och karakteristiska kemiska egenskaper. Varje funktionell grupp består av en eller flera atomer som samverkar med de omgivande atomerna för att ge molekylen dess egenskaper. Funktionella grupper är också ansvariga för att bestämma molekylens löslighet i vatten eller organiska lösningsmedel, dess reaktivitet och dess kemiska egenskaper. Därför är det viktigt att känna till vilka funktionella grupper som finns i en organisk förening för att förstå dess kemiska och fysikaliska egenskaper.

1-butanol, 3-metyl- är en organisk förening med molekylformeln C₅H₁₂O. Den är en isomer av 2-metyl-1-butanol och är också känd som isopentyylalkohol. Smältpunkten för 1-butanol, 3-metyl- är cirka -117°C och dess molmassa är ungefär 88,15 g/mol. Det är en färglös vätska med en svag, alkoholisk lukt och används ofta som lösningsmedel inom kemisk industri och laboratorier. Den har också använts som en parfymingrediens och kan hittas i vissa frukter och drycker.

Sammanfattningsvis kan en kombination av löslighetstester och spektroskopiska metoder användas för att identifiera okända kemikalier och deras kemiska struktur. Genom att utföra olika experimentella tester kan man begränsa antalet möjliga kandidater och med hjälp av spektroskopiska metoder kan man sedan identifiera det okända ämnet mer exakt.

Metod
För att identifiera det okända ämnet användes ett rent och torrt provrör för varje steg i identifieringsprocessen. En liten mängd av det okända ämnet tillsattes tillsammans med 0,5 ml lösningsmedel i varje provrör. Provrören observerades sedan för att se eventuella lösligheter/olösligheter eller förändringar efter tillsats av olika reagens.

Först tillsattes vatten till det ökända ämnet. I ett annat provrör med det okända ämnet tillsattes det NaOH i provröret. Därefter tillsattes HCI i ett annat provrör med det okända ämnet för att observera om det var lösligt eller olösligt. Slutligen tillsattes H₂SO₄ i ett tredje provrör med det okända ämnet och observerades för färgförändring eller ingen färgförändring för att bestämma om det okända provet var alken, alkohol, aldehyd, keton eller alkan, aren, halogenalkan.

Alla experiment utfördes i ett dragskåp för att minimera risken för att utsättas för farliga kemikalier. Provrör utan lock användes för att förhindra eventuella gasutvecklingar som kan orsaka fara.

Resultat
Resultatet som visade sig efter löslighetsschemat (Figur 1) var som följande, provröret med det okända ämnet som droppades med vatten visade sig vara olösligt. Enligt löslighetsschemat (Figur 1) droppades det NaOH i ett separat provrör med det okända ämnet vilket visade sig vara olösligt, detta enligt schemat tydde på att det okända ämnet inte var en karboxylsyra eller fenol. Det provröret med det ökända som sedan droppades med HCI visade på en olöslighet vilket enligt schemat tydde på att det okända ämnet inte var en amid. Slutligen droppades det in H₂SO₄ i ett separat provrör med det okända ämnet och visade på en löslighet men ingen färgförändring. Detta enligt lösningsschemat betydde att det okända ämnet antingen var alken, alkoholaldehyd eller keton.

Figur 1

Figur 1: Figuren visar det löslighetsschemat som följdes under laborationen, där det rödmarkerade visar de steg som togs för att komma fram till identifiering av det okända ämnet som laboranterna fick

Masspektrumet (Figur 2) visar den totala mollmassan samt andra fragment av ämnet.

Figur 2

Figur 2: Masspektrum visar de olika fragmenten av molekylen 1-Butanol, 3-methyl-, (C5H12O). Den visar även den totala massan av molekylen (88,1482 g/mol)

IR-spektrumet (Figur 3) visar det okända ämnets funktionella grupper, bindningar som finns mellan atomerna samt fingeravtrycksområdet.

Figur 3

Figur 3: IR-Spektrumet visar de olika funktionella grupperna för molekylen av ämnet 1-Butanol, 3-methyl- (C5H12O). Den visar även bindningarna som finns mellan atomerna samt fingeravtrycksområden.

Diskussion
Genom att använda löslighetsprov och spektroskopiska tekniker, inklusive masspektrometri och infraröd spektroskopi, kunde det okända ämnet identifieras som 1-Butanol, 3-metyl. Resultatet som kom fram från att läsa av och följa löslighetsschemat under laborationen var att det okända ämnet antingen var alken, alkohol, aldehyd eller keton. NaOH och HCl observerades vara olösliga med det okända ämnet vilket indikerar att det okända ämnet inte är en syra eller en bas, eftersom både NaOH och HCl är starka baser och syror, respektive.

Dessutom tyder frånvaron av färgförändring när H₂SO₄ tillsattes till det okända ämnet på att det inte är en alken eller en alkyn, eftersom dessa föreningar är kapabla att genomgå syrakatalyserade hydreringsreaktioner som skulle leda till en synlig färgförändring.

IR-spektret för det okända ämnet visade en bred topp vid cirka 3300 cm-1, vilket indikerar en -OH (hydroxyl) grupp. Närvaron av en stark topp vid cirka 1050 cm-1 tyder på förekomsten av en C-O-bindning. Dessa två bitar av information pekar mot möjligheten att det okända ämnet är en alkohol.

Masspektret av det okända ämnet visade en molekylärjontopp vid m/z 88, vilket tyder på att molekylvikten för det okända ämnet är 88u. Denna information, tillsammans med informationen från IR-spektret, indikerar att det okända ämnet troligen är 1-butanol, 3-metyl-.

Fingeravtrycksområdet är ett viktigt område i IR-spektrumet, eftersom det ger en unik identifiering av molekylen. Detta område sträcker sig vanligtvis från 1500 cm-1 till högre frekvenser och innehåller många små toppar och dalar som är karakteristiska för molekylen. Fingeravtrycksområdet i IR-spektrumet av 1-butanol, 3-metyl-, visar flera toppar och dalar som är specifika för denna molekyl. Genom att jämföra detta fingeravtrycksområde med en databas med kända IR-spektra, kan man identifiera 1-butanol, 3-metyl-.

Därför är det möjligt att använda fingeravtrycksområdet för att identifiera okända ämnen genom att jämföra dess IR-spektrum med en databas med kända IR-spektra. I fallet med 1-butanol, 3-metyl-, kunde IR-spektrumet identifiera förekomsten av C-O-bindning och hydroxylgruppen (-OH). Denna information tillsammans med andra experimentella resultat och analysering av masspektrumet ledde till identifieringen av 1-butanol, 3-metyl- som det okända ämnet.

Sammanfattningsvis tyder resultaten från löslighetstesterna, IR-spektret och masspektret på att det okända ämnet troligen är 1-butanol, 3-metyl-. Närvaron av en -OH-grupp och en C-O-bindning i IR-spektret tyder på att det okända ämnet är en alkohol, medan molekylärjontoppen vid m/z 88 i masspektret stöder denna slutsats.

Slutligen, vid utförandet av en sådan laboration är det av största vikt att ha en systematisk arbetsmetod för att undvika slumpmässiga och systematiska fel. För att säkerställa hög precision är det därför viktigt att upprepa försöken flera gånger och få liknande resultat. Det är också avgörande att mäta rätt substans med hög noggrannhet, vilket i detta fall är det okända ämnet (1-butanol, 3-metyl-). Felaktig avläsning av IR-spektrum eller masspektrum kan vara en källa till fel, precis som felaktig tolkning och följning av lösningsproceduren. Det är därför viktigt att vara noga och följa instruktionerna noggrant för att säkerställa att hela laborationen är pålitlig och ger korrekta resultat.