Класифікація вуглеводнів. Алкани.

Учитель хімії Карагаєва М.В.

Опрацювавши тему, ви зможете:

пояснювати

· суть структурної ізомерії вуглеводнів;

розпізнавати

· структурні ізомери певної речовини;

наводити приклади

· насичених вуглеводнів;

· структурних формул ізомерів алканів;

розрізняти

· вуглеводні різних гомологічних рядів;

· простий, подвійний, потрійний карбон-карбоновий зв’язки;

складати:

· на основі загальної формули молекулярні формули певного гомологічного ряду;

· структурні формули алканів, ізомерів алканів за молекулярною формулою сполуки;

рівняння реакції, які описують хімічні властивості алканів.

Теорія

1. Вуглеводні, їх класифікація

Природним джерелом вуглеводнів є поклади нафти і газу.

Будова молекули метану

Структурна формула

Кулестержнева модель

Напівсферична 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.

4. Фізичні властивості метану

1.Агрегатний стан - Газ

2.Колір - безбарвний

3. Запах- без запаху

4. Легший чи важчий за повітря - легший за повітря: Мr(СН₄) = 16, Мr(пов) = 29.

5. Розчиннність у воді - майже не розчиняється у воді

6 Температури кипіння і плавлення - tпл = -182,5°С, tкип = -161,5°С

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.

Стисло про основне

• Алкани — насичені вуглеводні, склад молекул яких відповідає загальній формулі С_nН_2n+2.

• Назви всіх алканів закінчуються суфіксом -ан, а утворених з них одновалентних замісників — -ил (-іл).

• Алканам властива структурна ізомерія. Вона зумовлена різною послідовністю сполучення атомів Карбону в карбоновому ланцюзі.

• Найпоширенішою сучасною номенклатурою алканів є систематична номенклатура.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Скільки хімічних зв'язків C-C та C-H у молекулах: а) етану; б) 2-метилпропану; в) бутану?

2. Серед наведених вуглеводнів визначте, які з них є насиченими: C₇H₁₄, C₂H₂, C₈H₈, C₆H₆, C₁₀H₂₂.

3. Складіть структурні формули всіх алканів з п'ятьма та сіма атомами Карбону в молекулі. Назвіть їх.

4. Яка молекулярна формула алкану з 14 атомами Карбону?

5. Складіть молекулярну формулу алкану, молекули якого містять: а) 18 атомів Карбону; б) 36 атомів Гідрогену.

6. Серед наведених структурних формул знайдіть формули ізомерів та гомологів.

7. Складіть структурні формули речовин за назвами:

а) 3,5-диетилгептан;
б) 3-метил-5-пропілнонан;
в) 2,2,5-триметилгептан;
г) 2,3-диметилгептан.

8. Укажіть, які з назв алканів не відповідають систематичній номенклатурі:

а) 2,3-диметилбутан;
б) 4-етилпентан;
в) 2-етил-3-метилпропан.