物質組成

乙酸(Acetic Acid)

乙酸(Acetic Acid)
台北市立第一女子高級中學二年級許婷/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、乙酸的基本性質

 

 
二、乙酸的製備/甲醇羰基化法
甲醇可與一氧化碳經由催化劑(金屬錯合物)催化反應生成乙酸:
CH3OH+CO→CH3COOH
整個反應分為三個步驟,以碘甲烷為中間體,催化劑主要參與第二個反應:
CH3OH+HI→CH3I+H2O
CH3I+CO→CH3COI
CH3COI+H2O→CH3COOH+HI

乙酸的合成歷史發展:
早在1925年開始,英國的就開始研究乙酸的合成反應,但由反應需高壓(200 atm)及抗腐蝕的容器,因此乙酸的製備一直無法商業化生產。

第一個商業化製造乙酸的過程,於1963年由德國化工公司BASF開發使用鈷催化劑。

甲酸

甲酸 (Formic Acid)
臺北市立第一女子高級中學二年級許景皓/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、甲酸的基本資料

二、甲酸的製備

甲醇和一氧化碳在強鹼條件下反應生成甲酸甲酯,在經水解反應可得到甲酸:

CH3OH+CO→HCOOCH3
HCOOCH3+H2O→HCOOH+CH3OH

為避免需要大量的水,有些化學廠在甲醇和一氧化碳生成甲酸甲酯後,先將甲酸甲酯和氨反應產生甲醯胺,然後用硫酸水解甲醯胺得到甲酸:

CH3OH+CO→HCOOCH3
HCOOCH3+NH3→HCONH2+CH3OH
2HCONH2+2H2O+H2SO4→2HCOOH+(NH4)2SO4

此反應亦有其缺點:副產物硫酸銨的處理較繁複。

神奇的氫氟酸

神奇的氫氟酸(Hydrofluoric Acid)
臺北市立第一女子高級中學二年級陳怡潔/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氫氟酸的基本性質

氟化氫(Hydrogen fluoride),化學式為HF,實驗室可以由氟石(CaF2)與濃硫酸混合加熱至250℃,利用蒸餾法收集沸點較低的HF(g),HF(g)是無色、有劇毒、強腐蝕性氣體。加水之後即成為氫氟酸HF(aq)。

反應式如下:
2CaF2(s)+H2SO4 aq.png2HF(g)+CaSO4(s)

氫氟酸在水中的解離度不大,是一種弱酸
HF(aq)→H+(aq)+F(aq)  Ka≒7×10-4
但是當濃度很高濃度時,氫氟酸產生下列反應:
2HF(aq)→H+(aq) +[FHF](aq)
[FHF]-內具有特殊的氫鍵,有利於平衡向右,使得氫氟酸搖身一變成為強酸。

草酸(Oxalic acid)

草酸(Oxalic acid)
臺北市立第一女子高級中學二年級陳昕慧/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、草酸的基本性質

二、草酸化學性質及應用

(1)酸性
屬於有機中強酸,Ka1=5.4×10-2,Ka2=5.3×10-5,酸性比乙酸強,可與碳酸鈉(Na2CO3)反應產生CO2

(2)還原性
具有很強的還原性,能被氧化劑氧化成CO2
․氧化半反應:C2O42-(aq)→2CO2+2e
․草酸(或草酸鈉)可使過錳酸鉀(KMnO4)褪色,用於標定過錳酸鉀的濃度。
2MnO4-(aq)+5C2O42-(aq)+16H(aq)→2Mn2+(aq)+10CO2(g) +8H2O

․由於草酸具有還原力,可作為稻草、麥桿製品的漂白劑。

(3)不穩定性
草酸受熱會分解成CO、CO2、H2O,實驗室可利用此反應製造一氧化碳。

H2C2O4  p1.png CO+CO2+H2O

(4)酯化反應
草酸與醇類進行酯化反應生成酯類,例如草酸和乙醇反應生成草酸二乙酯。
H2C2O4+2C2H5OH→C6H10O4+2H2O
草酸二乙酯結構如下:

苯酚(phenol)

苯酚(phenol)
台北市立第一女子高級中學二年級陳虹儒/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

苯酚基本資料


苯酚的穩定性
苯酚分子是由一個羥基直接連在苯環上構成,為烯醇式結構(如下圖左)。但由於苯環的穩定性,這樣的結構幾乎不會經由電子或化學鍵的轉化為酮式結構(如下圖右)。

塑化劑 ─ 鄰苯二甲酸酯類

塑化劑– 鄰苯二甲酸酯類 (Phthalate Esters, PAEs)

臺北市立第一女子高級中學二年級彭湘雲/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

塑化劑簡介

你曾注意過生活周遭的塑化劑嗎?或許塑化劑這名詞你很陌生,但其實它無所不在,你曾思考大賣場與生鮮超市所販賣的生鮮食品,包裝在其外的塑膠膜為何如此柔軟嗎?這就是塑化劑的神奇所在呀!

塑化劑(Plasticizer)顧名思義就是塑膠的添加物。在塑膠原料加工時,添加塑化劑可以使其物理性質變為較為柔軟,易於加工。依據使用的功能、環境不同,製造成擁有各種韌性的軟硬度、光澤的成品,其中愈軟的塑膠成品所需添加的塑化劑愈多。

乙酸異戊酯(Isoamyl Acetate)

乙酸異戊酯(Isoamyl Acetate)
台北市立第一女子高級中學國二年級黃兆蘭/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

基本資料

 

製備
乙酸與異戊醇在硫酸或磷酸作催化劑下直接酯化(Fischer esterification),以加熱迴流裝置反應製得粗品,反應式如下:

再經碳酸鈉(或氫氧化鈉)中和催化劑、氯化鈣脫水及精餾製得成品。

用途
1.利用乙酸異戊酯的香氣,可作為
(1)食品添加劑:應用於香蕉、梨、蘋果、草莓、葡萄、菠蘿等多種香型食品香精或煙用香精。譬如乙酸異戊酯溶在乙醇中的溶液,則是俗稱「梨子水(pear oil)」的人工香精。

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)
台北市立第一女子高級中學二年級黃俐穎/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

何謂DHA
DHA,全名為二十二碳六烯酸(Docosahexaenic Acid,是一種多元不飽和脂肪酸,共有六個cis-雙鍵,分別在第4、7、10、13、16、19個碳,上因其化學結構中第一個雙鍵位於自尾端算起第三個碳的位置,所以是屬於n-3型的脂肪酸,另一個有名的亞麻油酸亦屬於此類。

DHA的結構如下:

人體內的不飽和脂肪酸可分為:n-7、n-9、n-3和n-6型。n-7和n-9屬於單元不飽和脂肪酸(Mono-Unsatarated Fatty Acid; MUFA),人體可自行從飲食中的飽和脂肪酸(Satarated Fatty Acid; SFA)中合成,但人類無法自行合成n-6和n-3型,一定要從飲食獲得,因此又稱為必需脂肪酸。

甲醛 (Methanal)

甲醛(Methanal)
臺北市立第一女子高級中學二年級蔡沂儒/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

1.簡介

2.甲醛的製備

工業上由甲醇在的催化劑(銀/鐵+鉬氧化物/釩氧化物)混合高溫催化氧化製取。可以經由以下兩種途徑:
2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O
CH3OH→HCHO+H2

3.化學性質及反應性

(1)甲醛的還原性很強,很容易被氧氣、過錳酸鉀等氧化劑氧化為甲酸(HCOOH),普通的甲醛中就含有ppm含量的甲酸。也可以被還原為甲醇。

(2)甲醛是重要的有機合成前趨物
甲醛自身聚合生成三聚甲醛(1,3,6-三氧雜環己烷)和多聚甲醛。多聚甲醛可製成聚甲醛塑膠(POE,杜邦出產之Derlin)。多聚甲醛因為分解快速而稍具臭味,可用於燻煙消毒、殺菌。

三聚甲醛或多聚甲醛亦是實驗中提供甲醛的試劑。

三聚甲醛結構(下圖左)和多聚甲醛(下圖右)


甲醛與乙醛發生交叉坎尼扎羅 (Cannizzaro) 反應生成季戊四醇,季戊四醇是製取炸藥季戊四醇四硝酸酯(PentaErythritol TetraNitrate) 的原料。
[Cannizzaro reaction] 醛分子在強鹼存在下發生分子間氧化還原反應,產生醇及酸,舉例:

甲醛與酚類縮合生成酚醛樹脂。

甲醛與4-取代酚類反應生成杯芳烴。

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)
台北市立第一女子高級中學二年級魏瑀潔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃纖維是一種以二氧化矽為基本材料利用擠壓或拉長等技術形成半徑極為纖細似纖維的的玻璃複合材料。雖然利用溫度改變來加工玻璃的技術已經有數千年歷史,但是約於1890年代,玻璃製造者才研發出玻璃纖維並廣泛地應用在紡織業。

與一般纖維或聚合物比較,玻璃纖維不一樣的性質是玻璃纖維仍保留一些結晶性的玻璃結構,加熱軟化玻璃纖維與加熱玻璃有相似的性質。科學上嚴謹的定義玻璃屬於一種液體物質,與一般固體比較,隨著溫度之改變,玻璃或玻璃纖維都具有很大的黏度及黏度改變。

於1938年開始,Owens Corning公司的發明家羅素(Russell Games Slayter)發展出現在所用的玻璃纖維,當時的用途是絕緣體材料。

玻璃纖維是以二氧化矽SiO2為單元形成的三度網狀聚合物,其基本結構以矽原子為中心外接四個氧原子,形成一個十分地穩定的四面體的結構,每個氧被兩個矽原子所共用。一般而言玻璃纖維沒有真正的熔點,但大約在2000℃時會軟化,若冷卻速度太快時,二氧化矽的排列並會凌亂而無章法,結晶性較差。二氧化矽可以做出相當理想的玻璃纖維,但缺點是製造所需的溫度太高,所以常在其中摻入雜質來降低製造溫度。
中心原子矽與四個氧原子鍵結形成四面體結構:

 

玻璃纖維有幾個性質:

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