Absurdalnie błędne reakcje w podręcznikach szkolnych

Temat poruszony w tytule tego wpisu jest bardzo szeroki, ale poświęcimy mu tutaj tylko kilka sztandarowych błędów z podręczników szkolnych. Sytuacja nie jest nowa, bo powtarza się od wielu lat, sam nawet nie wiem od jak wielu. Co gorsza, absurdami z podręczników, niezgodnymi zresztą z logiką, ale i z samymi wymaganiami szkolnymi – żyje bardzo wielu nauczycieli i mimo, że powinno się zapalić czerwone światełko, bo cos tutaj nie pasuje – przeważnie tak się nie dzieje. Ale przejdźmy do rzeczy.

Na sam początek zajmijmy się próbą Trommera. Ze szkolnej nauki wiemy, że to reakcja na wykrywanie aldehydów oraz że w reakcji tej powstają kwasy karbosylowe. No właśnie – czy na pewno powstają w niej kwasy karboksylowe? Próbę Trommera przeprowadza się w silnie zasadowym środowisku – czy wobec tego otrzymamy kwas karboksylowy, czy karboksylan? Logika mówi, że skoro środowisko zasadowe, to powstający nawet tylko przejściowo kwas karboksylowy musi ulegać natychmiastowemu zobojętnieniu. Tymczasem co? Tymczasem pokutuje przekonanie, że dzięki próbie Trommera można otrzymać kwas karboksylowy z aldehydu. Bo można, ale pod warunkiem, że go wyprzemy mocnym kwasem i wydzielimy z mieszaniny poreakcyjnej.

Podobną sytuację mamy w przypadku reakcji Cannizzaro – jest to reakcja dysproporcjonowania aldehydów pozbawionych tzw. protonu a do alkoholi i do… No właśnie, do czego? Reakcję tę prowadzi się w środowisku silnie zasadowym. Podobnie jak w przypadku próby Trommera – nie powstanie nam kwas, tylko odpowiednia sól, np. z aldehydu benzoesowego otrzymamy alkohol benzylowy i benzoesan sodu, albo inny benzoesan, zależnie od użytej zasady. Z tego właśnie powodu reakcja Cannizzaro wymaga zastosowania nadmiaru zasady, bo gdyby użyć katalitycznych ilości zasady, to zasada ta szybko przereaguje zobojętniając powstajacy kwas i reakcja się zatrzyma. Aby przeprowadzić tę reakcję do końca – trzeba użyć co najmniej 50% molowych zasady w stosunku do aldehydu. Tymczasem w szkolnych podręcznikach można spotkać taki zapis:

A jaki powinien być w rzeczywistości? Może taki?

Co ciekawsze, podręczniki często piszą, że zasada jest katalizatorem – czy na pewno, skoro się zużywa w reakcji? Co zrobić, żeby uzyskać kwas benzoesowy? Trzeba otrzymany benzoesan potraktować mocnym kwasem. Gdyby taką poreakcyjną mieszaninę zalać kwasem – strąci się biały osad kwasu benzoesowego. Tak więc otrzymaliśmy kwas benzoesowy z aldehydu benzoesowego, tyle że nie bezpośrednio w reakcji Cannizzaro, a w dwóh reakcjach! Bezpośrednio w reakcji Cannizzaro otrzymaliśmy tylko alkohol benzylowy, kwasu w niej nie otrzymaliśmy… Tymczasem co rusz spotykam taki zapis reakcji Cannizzaro, jak w tym pierwszym przypadku.

Żeby nie było, że zawsze chodzi o kwasy, to sprawdźmy, czy lepiej jest w przypadku otrzymywania zasad. Daleko szukać nie trzeba – wystarczy spojrzeć na redukcję nitrobenzenu do aniliny. Tę reakcję prowadzi sie zwykle w środowisku kwaśnym, a z kolei aniliną jest zasadą. To powiedzcie mi łaskawcy, czy otrzymamy anilinę w tej reakcji, czy też jej sól? Brawo dla tych, którzy pamiętają, że kwas plus zasada daje sól – podobnie jak w poprzednich dwóch przypadkach. Co trzeba zrobić by przez redukcję nitrobenzenu otrzymać anilinę? Ano wyprzeć ją mocną zasadą z soli.

I znowu mamy sytuację, że bezpośrednio w reakcji nie otrzymujemy pożądanego produktu, tylko jego sól. No dobrze, to patrzmy dalej, reakcja utlenienia alkiloarenów za pomocą roztworu KMnO₄ w obojętnym środowisku, np. toluenu:

Wyszedł nam kwas benzoesowy – ten sam, który rzekomo ma powstać w reakcji Cannizzaro. Ale zaraz, czy tutaj też nie powinno się nam włączyć czerwone światełko? Jakim cudem wyszedł nam kwas i zasada obok siebie? Czy nie powinny one utworzyć soli? Logika nakazuje, że nie tyle powinny, co czynią to. Ktoś może powiedzieć: przecież to sól słabego kwasu, może ulegać hydrolizie! Tak, może i ulega. Ale po pierwsze, hydroliza jest procesem silnie cofniętym w lewo – zachodzi w niewielkim stopniu – nadal więc będą w roztworze zdecydowanie dominować aniony benzoesanowe (w końcu biochemicy uwielbiają się posługiwać hasłami typu benzoesan, pirogronian – uwzględniając jonowość cząstek).  Do tego zauważmy, że mamy po prawej nadmiar zasady – a nadmiar zasady dodatkowo cofa hydrolizę. Prawidłowo zapisane równanie powinno zatem wyglądać tak:

To jak otrzymać kwas benzoesowy tą metodą? Ano mamy dwa wyjścia:

• Tradycyjnie już: wyprzeć mocnym kwasem z soli
• Prowadzić reakcję utleniania w środowisku mocnego kwasu

Po co to piszę? Po to, by niektórzy uczniowie przestali mieć mętlik w głowie czytając szkolne podręczniki.  By pokazać, że to, że dana reakcja ma zastosowanie do otrzymywania czegoś, nie oznacza, że otrzymujemy to coś bezpośrednio w tej reakcji – otrzymywanie soli, z której tę substancję trzeba dopiero wydzielić – jest na porządku dziennym.

A teraz się zastanówmy razem, czy mrówczan sodu ulega próbie Trommera, podobnie jak kwas mrówkowy? Nie jesteście pewni? To zastanówcie się, co się stanie z kwasem mrówkowym wprowadzonym do silnie zasadowego środowiska, w którym przeprowadza się tę próbę? I czy utleni się do dwutlenku węgla, czy też do węglanu?

No dobrze, to poruszę jeszcze jeden absurdalny przypadek: reakcja utleniania etanolu przez zakwaszony roztwór dichromianu potasu:

Wg autorów jest to reakcja charakterystyczna dla etanolu i służy do jego identyfikacji. A co z innymi alkoholami? Etanol jest jakimś wyjątkiem? Tymczasem widziałem na własne oczy 3 podręczniki sugerujące, że dzięki tej reakcji możemy wykryć etanol. Co więcej, przed dwoma laty spotkałem się z przypadkiem, że pani nauczycielka by pokazać jak bardzo jest to charakterystyczna reakcja dla etanolu – pokazała to doświadczalnie uczniom klasy maturalnej (oczywiście nie pozwalając nikomu tego wykonać). No i wyszło, że metanol nie utlenia się się w tych warunkach. Tymczasem metanol utlenia się łatwiej niż wyższe alkohole. A cóż więc chodzi? Pani nauczycielka użyła wody, wmawiając uczniom, ze to metanol. W końcu, skoro to reakcja charakterystyczna dla etanolu, to co za różnica, czy użyć metanolu czy wody, skoro jedno i drugie nie spowoduje zmiany barwy?

No dobrze. To wszystko co napisałem rodzi wątpliwości o jakość podręczników (ja mam coraz większe wrażenie, że część autorów jest trochę niedospana pisząc podręczniki i układając niektóre zadania do swoich zbiorów). Rodzi to także pytanie o to, jaka jest wiedza chemiczna części nauczycieli, którzy jeszcze dodatkowo przygotowują do matury z chemii. Choć każdy popełnia błędy (nawet i mnie się zdarzyło kilka razy coś palnąć) to jednak w kupie siła, zawsze powinien się znaleźć ktoś, kto tę pomyłkę wychwyci – ale skoro sytuacja trwa od lat, to ktoś nad tym czuwa, czy tylko udaje, że czuwa i coś robi? Czy takie błędy spełniają jakąś rolę dydaktyczną? Czy ich tolerowanie świadczy dobrze o wywiązywaniu się z obowiązków osób odpowiedzialnych za jakość edukacji nie tlyko chemicznej? A o autorach? Kwestię pewnej pani od etanolu i metanolu pozostawię już bez komentarza.

„Bo to, co obecnie można znaleźć w podręcznikach szkolnych woła o pomstę do nieba!” – powiedział jeden ze znanych mi profesorów  jakieś 1,5 roku temu. I na tym proponuję zakończyć ten krótki artykuł.

Postanowiłem jednak dodać małą aktualizację. Spójrzmy na fragment poprzedniego wydania pewnego podręcznika i na reakcję, którą możemy na w tym fragmencie zobaczyć.

Fragment ten możemy porównać z nieco innym fragmentem tego samego podręcznika:

Widzimy, że oba schematy się różnią i co bardziej dociekliwi uczniowie to zauważą i zaczną pytać, dlaczego tak jest. I chwała takim za to! Przyjrzyjmy się obu schematom, który z nich jest dobry? Może odpowiedzmy sobie najpierw na pytanie, czy w ogóle któryś z nich jest dobry? Bilans się zgadza przecież, więc nie o to chodzi. W obu reakcjach mamy przecież reakcję kwasu z zasadą. Co więc się stanie? Logika mówi, że zajdzie reakcja zobojętniania, w której powstanie sól i woda. W obu przypadkach powstała sól. Tyle że w pierwszym przypadku otrzymaliśmy mocny kwas (HCl) i sól słabego kwasu, a w drugim – sól mocnego kwasu oraz słaby kwas. Która reakcja jest poprawna? Na tym etapie można powiedzieć, że ta, w której otrzymaliśmy sól mocnego kwasu, bo tak nakazuje logika. Ale stało sie coś jeszcze! Atom chloru został podstawiony grupą OH. I tutaj jest pies pogrzebany. Mieszając ze sobą w tym samym stosunku kwas chloropropionowy otrzymamy sól i wodę:

A co zrobić, żeby przeprowadzić podstawienie atomu chloru w łańcuchu alkilowym? Już w szkole uczniowie poznają reakcje substytucji nukleofilowej, rozpatrzy analogiczny związek trójwęglowy:

Skoro mieszając NaOH z naszym kwasem otrzymamy sól, to co musimy zrobić, żeby podstawić atom chloru? Zastosować nadmiar zasady:

A sumarycznie równanie będzie więc wyglądać tak:

W reakcji równomolowych ilości kwasu 2-chloropropionowego i wodorotlenku sodu NIE otrzymamy mleczanu sodu i…. kwasu solnego, bo to wbrew podstawom chemii. – wbrew wypieraniu się kwasów, a kwas solny to jeden z najmocniejszych kwasów i z łatwością wypiera mocniejsze kwasy, niż taki chloropropionowy. Pytanie co taki bubel robił w podręczniku szkolnym? „Z taką chemią daleko się nie zajdzie” – jak powiedział dziś mój promotor ze studiów widząc fragment tego podręcznika.

Kolejny ciekawy przypadek to cynk i kwas azotowy. Wielu autorów twierdzi bowiem, że cynk roztwarza się w stężonym kwasie z wydzieleniem azotanu amonu, bo cynk to silny reduktor:

Tymczasem jak pokazuję w artykule o reakcji kwasów z metalami, a także jak pokazuję doświadczalnie w filmie o reakcjach kwasu azotowego z metalami, cynk, podobnie jak reszta metali, reaguje ze stężonym kwasem azotowym następująco:

W pewnym zbiorze zadań, którego autorzy twierdzą, że ich zbiór jest najlepszy na rynku, pojawia się zadanie, aby za pomocą stężonego kwasu azotowego wykryć obecność miedzi w mosiężnej monecie. W odpowiedziach widzimy, że możemy wykryć przez wydzielanie się brunatnego gazu. A co z cynkiem, który będzie jeszcze intensywniej sie roztwarzał? Autorzy zasugerowali się bowiem, że skoro miedź reaguje tak:

a cynk tak:

to wydzielanie się NO₂ świadczy o obecności miedzi w mosiądzu. Nic bardziej mylnego! Obydwa metale reaguja tak samo, więc nie potwierdzimy obecności ani miedzi, ani żadnego innego metalu, bo każdy reaguje z wydzielaniem brunatnych par dwutlenku azotu. Możemy za to uznać, że powstanie niebieskiego roztworu świadczy o obecności miedzi w mosiądzu.

PS o absurdalnych zadaniach ze zbiorów wypada napisać osobny artykuł.

CZY TEN ARTYKUŁ OKAZAŁ SIĘ POMOCNY? MASZ DODATKOWE SUGESTIE ALBO PYTANIA? NAPISZ DO NAS! A MOŻE CHCESZ TEŻ O CZYMŚ NAPISAĆ I OPUBLIKOWAĆ? DOŁĄCZ DO NAS! REDAKCJA@BIOMIST.PL