- לתאר ולהבין את המונחים (a) שלב עומד, לדוגמה אלומינה (על תמיכה מוצקה) (b) שלב זז: ממס קוטבי או לא-קוטבי (c) ערך $R_{\text{f}}$ (d) חזית הממס וקו הבסיס
- לפרש ערכי $R_{\text{f}}$
- להסביר את ההבדלים בערכי $R_{\text{f}}$ בהתאם לקשר עם השלב העומד ולפי הסיכון היחסי בממס הזז
טכניקות אנליטיות
כימיה A-Level · נושא 37
8:06
טכניקות אנליטיות (A2): NMR
הנה שבע מולקולות שונות. לכל אחת מהן יש חמש אטומי פחמן, עשר אטומי מימן ואטום חמצן אחד, ולכל אחת מהן יש קבוצת קרבוניל. שקלו אותן במספר מסה…
קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון
37.1
כרומטוגרפיה שכבתית דקה
סיילבוס
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
כרומטוגרפיה מפרידה תערובת באמצעות שתי "פזות" – אחת שנשארת במקום ואחת שנעה. בכרומטוגרפיה שכבתית דקה (TLC):
- ה-פזה העומדת נשארת במקום (למשל, אלומינה על לוח).
- ה-פזה הנעה נעה (ממס קוטבי או לא קוטבי שעולה על הלוח).
- ה-קו הבסיס הוא הקו ההתחלתי בו ממוקמים הנקודות; חזית הממס היא הגובה המקסימלי שהממס מגיע אליו.
ערך ה-$R_{\text{f}}$ משווה כמה נקודה זזה לעומת כמה הממס זז:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}$$
הוא תמיד נמצא בין 0 ל-1. חומר שנדבק חזק יותר לפאזה הניידת, או שפחות מומס בפאזה הנעה, זז פחות ויש לו ערך $R_{\text{f}}$ קטן יותר.
*צלחת TLC אמיתית תחת אור UV: כל נקודה זוהרת היא רכיב מופרד מהתערובת
חקור
שיטת TLC
עקוב אחרי כתם למעלה על לוח ושתמש ב-Rf כדי לזהות חומרים.
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ | כרומטוגרפיה |
| thin-layer chromatography/θɪn ˈleɪə krəʊməˈtɒɡrəfi/ | כרומטוגרפיה בשכבה דקה |
| stationary phase/ˈsteɪʃənəri feɪz/ | שלב עומד |
| mobile phase/ˈməʊbaɪl feɪz/ | פאזה זזה |
| baseline/ˈbeɪslaɪn/ | בסיס |
| solvent front/ˈsɒlvənt frʌnt/ | חזית הממס |
| gas/liquid chromatography/ɡæs ˈlɪkwɪd krəʊməˈtɒɡrəfi/ | כרומטוגרפיית גז/נוזל |
| retention time/rɪˈtenʃn taɪm/ | זמן התמדה |
37.2
כרומטוגרפיית גז/נוזל
סיילבוס
- לתאר ולהבין את המונחים (a) שלב עומד: נוזל לא-קוטבי בעל נקודת רתיחה גבוהה (על תמיכה מוצקה) (b) שלב זז: גז לא-פעיל (c) זמן שמירה
- לפרש כרומוגרמות של גז/נוזל בהתאם לריכוז האחוזי של התערובת
- להסביר את זמני השמירה בהתאם לקשר עם השלב העומד
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
בכרומטוגרפיית גז/נוזל (GLC):
- הפזה עומדת היא נוזל לא-קוטבי בעל נקודת רתיחה גבוהה על תמיכה מוצקה.
- הפזה זזה היא גז נשיא שאינו מגיב.
- זמן ההתמדה הוא הזמן שלוקח לרכיב כדי לעבור דרך המערכת.
שטח של כל פס נותן את האחוז של הרכיב ההוא בתערובת. רכיב שמגיב יותר עם הפזה עומדת יש לו זמן התמדה ארוך יותר.
*כרומטוגרם גז-נוזל: לכל רכיב יש פס בזמן ההתמדה שלו, ושטח הפס הוא האחוז שלו בתערובת
חקור
דרך כרומטוגרפיה גז/נוזל
מעקב אחרי דוגמה תכליתית דרך הפרדה בעמודה עד לקבלת כרומטוגרם.
37.3
ספקטרוסקופיית NMR של פחמן-13
סיילבוס
- לנתח ולפרש ספקטרום NMR של פחמן-13 של מולקולה פשוטה כדי לגזור: (a) הסביבות השונות של אטומי הפחמן הקיימים (b) המבנים האפשריים עבור המולקולה
- לחזות או להסביר את מספר הפיקים בספקטרום NMR של פחמן-13 עבור מולקולה נתונה
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
NMR (תהודה מגנטית גרעינית) לומדת כיצד גרעינים מסוימים מתנהגים בשדה מגנטי חזק.
*ספקטרומטר NMR: הצילינדר הגדול מכיל מגנט סופר-מוליך היוצר את השדה המגנטי החזק מאוד שהטכניקה זקוקה לה
ב-NMR של פחמן-13, כל סביבה כימית שונה של פחמן נותנת פס אחד. לכן:
- מספר הפסים מספר לך כמה סביבות פחמן שונות קיימות (פחמנים שקולים משתפים פס).
- מיקום כל פס (ההיסוך הכימי שלו) מציע את סוג הפחמן, מה שעוזר לך להסיק מבניות אפשריות.
חקור
מעבדת NMR של פחמן-13
התאם סביבות פחמן להוכחות C-13 NMR.
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| NMR/ˌen em ˈɑː/ | NMR |
| chemical environment/ˈkemɪkl enˈvaɪrənmənt/ | סביבה כימית |
37.4
ספקטרוסקופיית NMR של פרוטון (¹H)
סיילבוס
- לנתח ולפרש ספקטרום NMR של פרוטון ($^1\text{H}$) של מולקולה פשוטה כדי לגזור: (a) הסביבות השונות של הפרוטונים הקיימים באמצעות ערכי הזזה כימית (b) המספרים היחסיים של כל סוג של פרוטון הקיים מהשטחים היחסיים של הפיקים (ג) מספר הפרוטונים השווים על אטום הפחמן הסמוך לזה שאליו מחובר הפרוטון הנתון, מתוך תבנית ההתפצלות, באמצעות הכלל $n + 1$ (מוגבל לסנגלט, דובלט, טריפלט, קווארטט ומולטיפלט) (ד) המבנים האפשריים עבור המולקולה
- לחזות את ההזזות הכימיות ותבניות ההתפצלות של הפרוטונים במולקולה נתונה
- לתאר את השימוש ב-טטרה-מתיל-סילאן, TMS, כסטנדרט למדידות הזזה כימית
- לציין את הצורך בממסים מדוטרים, למשל $\text{CDCl}_3$, בזמן קבלת ספקטרום NMR של פרוטון
- תאר את זיהוי פרוטונים של O–H וN–H על ידי החלפת פרוטונים באמצעות $\text{D}_2\text{O}$
מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
NMR של פרוטון בוחן את אטומי המימן (גרעיני פרוטון). מהספקטרום קוראים:
- סביבות כימיות: פרוטונים בסביבות שונות מופיעים בערכי היסוך כימי שונים.
- מספרים יחסיים: השטחים היחסיים של השיאים נותנים את היחס בין סוגי הפרוטונים השונים.
- התפצלות: שיא מתפצל על ידי פרוטונים על הקרבון הסמוך, לפי $n+1$ כלל — $n$ שיינים שווים מקיפים מפצלים שיא ל-$n+1$ קווים:
| שכנים ($n$) | דפוס |
|---|---|
| 0 | סינגלט |
| 1 | דייבלט |
| 2 | טריוולט |
| 3 | קוורטט |
| רבים | מולטיפלט |
נקודות מעשיות
- טטרה-מתיל-סילאן (TMS) הוא הסטנדרט, מוגדר במיקום כימי של $0$.
- משתמשים בנוזל מופקדוטרייט (כגון $\text{CDCl}_3$) כדי שהנוזל עצמו לא ייתן אות פרוטונים.
- עירבוב הדגימה עם $\text{D}_2\text{O}$ גורם לשיאי O–H ו-N–H להיעלם (ההידרוגן שלהם מחולף בדאוטריום), מה שמזהה פרוטונים אלו.
דוגמה פתורה. תרכובת $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ נותנת שלושה פיקים ב-NMR של פרוטונים: סינגלט ב-$\delta\ 1.2$ (שטח 3), קוורטט ב-$\delta\ 4.1$ (שטח 2) ו-סינגלט ב-$\delta\ 2.0$ (שטח 3). גזור את המבנה. קרא תחילה את השטחים, ואז את ההפרדה. שטחים $3:2:3$ מעידים על שלושה סביבות פרוטון החזקות 3, 2 ו-3 אטומי מימן. יישם את כלל ה-$n+1$ הפוך: סינגלט (שטח 3) הוא קבוצת $\text{CH}_3$ עם 2 שכנים, ו-קוורטט (שטח 2) הוא קבוצת $\text{CH}_2$ עם 3 שכנים – כל אחד מבודד את השני, וזהו ה-אלקיל הקלאסי, $\text{CH}_3\text{CH}_2-$. זה ה-$\text{CH}_2$ מופיע רחוק בשדה (downfield) ב-$\delta\ 4.1$, ולכן הוא מחובר לחמצן. ה-סינגלט הנותר (שטח 3) הוא קבוצת $\text{CH}_3$ ללא שכנים ב-$\delta\ 2.0$, ולכן היא יושבת צמוד לקרינה C=O. יחד: $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$, אתיל אתנואט. זוג סינגלט-קוורטט הוא כמעט תמיד קבוצת אלקיל – זיהוי ראשוני והשאר יוביל.
חקור
מעבדת NMR פרוטון
התאם עדויות פרוטון לסביבה כימית ולשכנים.
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| proton/ˈprəʊtɒn/ | פרוטון |
| chemical shift/ˈkemɪkl ʃɪft/ | הזזה כימית |
| splitting/ˈsplɪtɪŋ/ | פיצול |
| singlet/ˈsɪŋɡlɪt/ | סינגלט |
| doublet/ˈdʌblət/ | דבלט |
| triplet/ˈtrɪplɪt/ | משולש |
| quartet/kwɔːˈtet/ | קוורטט |
| multiplet/ˈmʌltɪplɪt/ | מולטיפלט |
| tetramethylsilane/ˈtetrəmiːθɪlsɪleɪn/ | טטרה-מתיל סילאן |
| deuterated solvent/ˈdjuːtəreɪtɪd ˈsɒlvənt/ | ממס מודגש |
37.4
טיפים לבחינות
- ב-NMR של $^{13}\text{C}$ מספר השיאים שווה למספר סביבות הפחמן — השתמשו בסמטריות לספירתן.
- ב-NMR של $^1\text{H}$ השתמשו במיקום כימי (ספר נתונים), אינטגרציה (יחס H's) והתפצלות (ה-$n+1$ כלל): טריוולט + קוורטט פירושו אתיל קבוצה.
- TMS הוא הרפרנס ($\delta = 0$); $\text{D}_2\text{O}$ עירבוב מסיר שיאי O-H ו-N-H.
- שלב IR, ספקטרום מסה ו-NMR כדי להסיק מבנה, תוך ציון איזה עדות נותנת איזה מאפיין.
שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה
לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.