Aby rozwiązać zadanie, należy przeanalizować właściwości chemiczne kwasu mlekowego i jego reakcję z wodorotlenkiem miedzi(II).
-
Krok 1 – Analiza budowy i właściwości kwasu mlekowego
Kwas mlekowy (kwas 2-hydroksypropanowy) ma wzór:
$$\text{CH}_3\text{-CH(OH)-COOH}$$
Cząsteczka kwasu mlekowego zawiera dwie grupy funkcyjne:
- grupę karboksylową $-\text{COOH}$ – o charakterze kwasowym (reaguje z zasadami),
- grupę hydroksylową $-\text{OH}$ – o charakterze alkoholowym.
Obecność zarówno grupy $-\text{COOH}$, jak i grupy $-\text{OH}$ w tej samej cząsteczce sprawia, że kwas mlekowy jest związkiem hydroksykwasowym, zdolnym do tworzenia kompleksów z $\text{Cu(OH)}_2$ analogicznie do glicerolu czy glukozy – daje granatowo-niebieski roztwór kompleksowy (podobnie jak w próbie Trommera w przypadku cukrów, jednak tutaj jest to typowa reakcja kompleksowania jonu $\text{Cu}^{2+}$).
-
Krok 2 – Porównanie zachowania probówek I, II i III
Na podstawie opisu doświadczenia z kontekstu zadania:
- Probówka I – osad $\text{Cu(OH)}_2$ nie rozpuścił się (brak reakcji lub tylko częściowe działanie).
- Probówka II – osad $\text{Cu(OH)}_2$ rozpuścił się, tworząc granatowo-niebieski klarowny roztwór – charakterystyczny dla reakcji z hydroksykwasem lub polihydroksyzwiązkiem.
- Probówka III – osad $\text{Cu(OH)}_2$ rozpuścił się z wytworzeniem bladoniebieskiego roztworu – efekt typowy dla zwykłej reakcji kwas–zasada (neutralizacja).
Kwas mlekowy, jako hydroksykwas, reaguje z $\text{Cu(OH)}_2$ dwojako: neutralizuje go (jak każdy kwas karboksylowy) oraz tworzy trwały, intensywnie granatowo-niebieski kompleks dzięki grupie $-\text{OH}$. Taki efekt obserwuje się w probówce II.
-
Krok 3 – Rozstrzygnięcie
Roztwór kwasu mlekowego wprowadzono do probówki II, ponieważ tylko hydroksykwas tworzy z $\text{Cu(OH)}_2$ intensywnie granatowo-niebieski roztwór kompleksowy.
-
Krok 4 – Równanie reakcji kwasu mlekowego z $\text{Cu(OH)}_2$ (w formie cząsteczkowej)
W reakcji z wodorotlenkiem miedzi(II) dwie cząsteczki kwasu mlekowego reagują z jedną cząsteczką $\text{Cu(OH)}_2$, przy czym grupy $-\text{COOH}$ neutralizują zasadę, a grupy $-\text{OH}$ uczestniczą w tworzeniu kompleksu. Równanie reakcji (cząsteczkowe) zapisujemy jako:
$$2\ \text{CH}_3\text{CH(OH)COOH} + \text{Cu(OH)}_2 \rightarrow \left[\text{Cu}\big(\text{CH}_3\text{CH(OH)COO}\big)_2\right] + 2\ \text{H}_2\text{O}$$
W zapisie uproszczonym (cząsteczkowym bez nawiasów kompleksowych):
$$2\ \text{CH}_3\text{CH(OH)COOH} + \text{Cu(OH)}_2 \rightarrow \text{Cu}\big(\text{CH}_3\text{CH(OH)COO}\big)_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$$
Powstały mleczan miedzi(II) tworzy trwały, granatowo-niebieski roztwór kompleksowy dzięki koordynacji przez grupy hydroksylowe.
Wynik końcowy:
Roztwór kwasu mlekowego wprowadzono do probówki II.
Równanie reakcji (cząsteczkowe):
$$2\ \text{CH}_3\text{CH(OH)COOH} + \text{Cu(OH)}_2 \rightarrow \text{Cu}\big(\text{CH}_3\text{CH(OH)COO}\big)_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$$
