Алкани. Метан

План

  1. Вуглеводні, їх класифікація
  2. Склад і будова молекули метану
  3. Поширення метану в природі
  4. Фізичні властивості метану
  5. Хімічні властивості метану
  6. Добування метану в лабораторії
  7. Застосування метану

1. Вуглеводні, їх класифікація.

Класифікація органічних речовин:

Вуглеводні

(містять атоми С, Н)

  • алкани
  • алкени
  • алкіни
  • арени

Оксигеновмісні сполуки

(містять атоми С, Н, О)

  • спирти
  • альдегіди
  • карбонові кислоти
  • естери, жири
  • вуглеводи

Нітрогеновмісні сполуки

(містять атоми С, Н, N, О)

  • аміни
  • амінокислоти
  • білки
  • нуклеїнові кислоти

Природним джерелом вуглеводнів є поклади нафти і газу.

Основні гомологічні ряди вуглеводнів

2. Склад і будова молекули метану

Молекулярна формула метану

Структурна формула метану

У чому відмінність молекулярної та структурної формул? А що в них спільне?

Будова молекули метану

Структурна формула
Кулестержнева модель
Напівсферична (масштабна) модель

Чотири хімічних зв'язки атома Карбону утворені одним s- і трьома p-електронами. Їх електронні хмари відрізняються формою, розміром, енергією. Проте усі чотири хімічні зв'язки в молекулі метану рівноцінні. Це пояснюється гібридизацією електронних орбіталей.

Гібридизація – вирівнювання форми і енергії різних орбіталей одного атома.

Оскільки при утворенні молекули метану гібридизуються одна s і три p-орбіталі, говорять, що має місце sp³ -гібридизація, при цьому утворюється чотири гібридні орбіталі. Кут між гібридними орбіталями при sp³ -гібридизації складає 109°28'.

Молекула метану має форму тетраедра.

Утворення чотирьох sp³ орбіталей у молекулі метану

Розміщення гібридних орбіталей у просторі

3. Поширення метану в природі

Метан утворюється внаслідок гниття рослинних решток без доступу повітря. Входить до складу природного газу (90-98%). Може зустрічатися у кам'яновугільних шахтах — рудниковий газ. Метан утворюється на болотах — болотний газ . На інших планетах ( Юпітер, Сатурн, Плутон ) метан, ймовірно, утворюється внаслідок реакції:

С + 2Н₂ = СН₄

Величезні озера рідкого метану є на поверхні Титана — найбільшого з природних супутників Сатурна.

Метан отримують в результаті розкладання органічних решток — біогаз. Біогаз є заміною природного газу. Окрім того, використання біогазу є засобом боротьби з глобальним потеплінням.

Поширення метану в природі

4. Фізичні властивості метану

1.Агрегатний стан.

2.Колір.

3.Запах.

4.Легший чи важчий за повітря.

5.Розчиннність у воді.

6. Температури кипіння і плавлення.

1.Газ

2.Безбарвний

3.Без запаху

4.Легший за повітря: Мr(СН₄) = 16, Мr(пов) = 29.

5.Майже не розчиняється у воді

6.tпл = -182,5°С, tкип = -161,5°С

Чи справді метан не має запаху? Адже, напевно, кожен чув запах газу в квартирі.

Якщо відчули запах газу...

5. Хімічні властивості метану

За н.у. алкани досить інертні:

  • не реагують з лугами і кислотами;
  • не окиснюються перманганат калію (KMnO₄);
  • не знебарвлюють бромну воду (Вr₂).

1. Горіння або повне окиснення

СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

Суміш СН₄ і О₂ дуже вибухонебезпечна. Спричинює аварії в шахтах, може спричинити вибух в приміщенні.

2. Хлорування

Відбувається під дією світла. Атоми Гідрогену в молекулі метану послідовно заміщуються на атоми Хлору. При цьому утворюються хлорметан, дихлорметан, трихлорметан (хлороформ) та тетрахлорметан.

СН₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂+ HCl

CH₂Cl₂+ Cl₂ → CHCl₃+ HCl

CHCl₃ + Cl₂ → CCl₄+ HCl

Сумарне рівняння:

СН₄ + 4Cl₂ → CCl₄+ 4HCl

3. Крекінг або термічний розклад

СН₄ → С + 2Н₂

2СН₄ → С₂Н₂ + 3Н2

6. Добування метану в лабораторії

Метан є основним компонентом природного газу. В лабораторії метан можна добути прожарюванням безводної суміші натрій ацетату та натрій гідроксиду. Відбувається реакція:

CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3

При підпалюванні метан згорає з виділенням вуглекислого газу та води

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

7. Застосування метану

  1. Порівняно дешеве та екологічно чисте паливо;
  2. Хлорметан використовується в органічному синтезі, дихлорметан та трихлорметан – розчинники, трихлорметан (інша назва – хлороформ) раніше використовувався в медицині для анестезії, тетрахлоретан – засіб пожежегасіння;
  3. Сажа (продукт крекінгу метану) використовується для виготовлення друкарської фарби, гуми.

Педагогічна скарбничка

Короткометражний мультфільм про те, чому ми вчимо дітей і на що вони приречені, якщо йдуть виключно "правильним" шляхом. Робота удостоєна 64 нагород у всьому світі.