Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Савчин Хімія 9 клас. 2022

реакції»

ОКИСНО-ВІДНОВНІ ПРОцЕСИ

Окиснення

+2           +3                 +4               0

3CO + Fe2O3 = 3CO2↑ + 2Fe

Кількість електронів, що віддає відновник, завжди дорівнює кіль­ кості електронів, які приєднує окисник.

111

Тема 2. Хімічні реакції

Добір коефіцієнтів за допомогою 

електронного балансу

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO↑ + H2O

0+2

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

ХІМІЧНІ РЕАКцІЇ

Швидкість хімічної реакції­— зміна концентрації реа­ генту або продукту реакції за одиницю часу в одиниці об’єму.

Залежить від:

1)природи речовин, що реагують;

2)концентрації реагентів;

3)площі поверхні контакту реагентів;

4)температури;

5)наявності каталізатора.

112

ТЕПЛОВИЙ ЕфЕКТ ХІМІЧНОЇ РЕАКцІЇ

тепловий ефект хімічної реакції — кількість тепла, що виділя­ ється або поглинається під час реакції.

Хімічне рівняння, у якому зазначено тепловий ефект хімічної реакції, називають­термохімічним.

113

§21. Особливості органічних сполук.Елементи-органогени

Уповсякденному житті ми користуємося предметами, виготовле­ ними з органічних речовин. Щоденно вживаємо їжу, яка містить вуг­ леводи, білки, жири й вітаміни. Переробкою багатьох речовин орга­ нічного походження виробляють значну кількість штучних і синте­ тичних речовин.

спільні й відмінні ознаки органічниХ і неорганічниХ речовин. Уважно озна­

йомившись із даними таблиці 8 і проаналізувавши наведену інформа­ цію, ви отримаєте чітке уявлення про спільні й відмінні ознаки органіч­ них і неорганічних речовин.

Таблиця 8

Спільні­й­відмінні­ознаки­органічних­і­неорганічних­речовин

6.Майже нерозчинні у воді. 6.­Чимало речовин добре розчиняються

уводі.

115

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

Продовження табл. 8

Спільні ознаки органічних і неорганічних речовин

1. Неорганічні й органічні речовини мають склад, будову та властивості, що обґрунтовані однаковими законами й теоріями.

2.­Серед органічних речовин є розчинні у воді сполуки. У водних розчинах деякі з них дисоціюють на йони, тобто є електролітами.

3.­Взаємоперетворення неорганічних й органічних речовин (вищезгадані син­ тези) виявляється в процесі колообігів елементів­органогенів, речовин; це явище свідчить про єдність усієї природи.

елементи-органогени. До органогенів належать елементи, які відігра­ ють надзвичайно велику роль у живих організмах і становлять основу органічних сполук. Це — елементи Карбон, Гідроген, оксиген, Нітроген, Сульфур і Фосфор.

Коротко охарактеризуємо кожний із них.

Карбон — елемент, що є основою всіх органічних речовин. тому не випадково органічну хімію називають хімією сполук Карбону. особ­ ливість цього елемента в органічних сполуках полягає в тому, що його атоми: 1) виявляють чотиривалентність; 2) сполучаються між собою від­ повідно до їхньої валентності; 3) виявляють здатність сполучатися між собою з утворенням ланцюгів різної будови (прямі, розгалужені, цик­ лічні) та складу (насичені, ненасичені).

Чотиривалентність атомів Карбону зумовлена тим, що в процесі хімічних реакцій один електрон 2s-орбіталі, поглинувши певну порцію енергії, переміщується у вільну р-орбіталь. таким чином атом Карбону переходить у збуджений стан. Відповідно, на зовнішньому енергетич­ ному рівні атома Карбону є 4 неспарені електрони, за допомогою яких він утворює ковалентні зв’язки з іншими атомами. Будову атома Карбону в збудженому стані показано на рисунку 60.

p

6С n = 2

­­s

Рис. 60. Графічне відображення зовнішнього енергетичного рівня атома Карбону в збудженому стані

Механізм утворення хімічних зв’язків між атомами Карбону й інших елементів ви вивчатимете поступово, засвоюючи інформацію про вуглеводні й інші органічні сполуки.

Гідроген в органічних речовинах бере участь в утворенні зв’язків з атомами Карбону, оксигену й більшості інших елементів­органогенів. одновалентний. Є в складі вуглеводнів, спиртів, карбонових кислот, жирів, вуглеводів, полімерів та ін., різних функціональних груп.

116

§ 21. Особливості органічних сполук.Елементи-органогени

Оксиген — елемент, що є невід’ємною складовою багатьох оксиге­ новмісних органічних сполук (спиртів, етерів, естерів, альдегідів, кар­ бонових і нуклеїнових кислот), зокрема їхніх функціональних груп: гідроксильної —оН, карбонільної —СНо, карбоксильної —СооН тощо.

Нітроген — елемент, що міститься в складі нітрогеновмісних орга­ нічних речовин: амінів й амінокислот, які утворюють білкові молекули, нуклеїнових кислот і вітамінів.

Сульфур міститься в деяких амінокислотах (цистеїн, метіонін). Під час утворення білкових молекул між його окремими ділянками встанов­ люються дисульфідні зв’язки, що забезпечує третинну структуру.

Фосфор — елемент, менш поширений у складі органічних речовин. але його роль незамінна, оскільки він утворює нуклеотиди й нуклеїнові кислоти.

Ці хімічні елементи надходять в організм з їжею, засвоюються та активно функціонують як учасники й регулятори біохімічних процесів.

ПІДСУМОВУЄМО­­ВИВЧЕНЕ

•Органічні речовини — сполуки Карбону, які вивчає органічна хімія.

•Органічні речовини є продуктами хімічних перетворень у живих організмах і синтезу в лабораторних умовах і промисловості.

•Різкої межі між органічними та неорганічними речовинами немає, вони взаємоперетворюються, хоча в багатьох випадках мають відмінності.

•Органічним сполукам властиві такі ознаки: вони містять у своєму складі малу кількість хімічних елементів, хоча таких сполук більше 20 млн. Це ковалентні сполуки з молекулярними кристалічними ґратками; горять з утворенням вуглекислого газу й води; більшість із них нерозчинні у воді.

•Атом Карбону в органічних сполуках перебуває в збудженому стані, унаслідок чого є чотиривалентним.

•Елементи-органогени відіграють надзвичайно важливу роль у живих організмах і є основою органічних сполук. Це Карбон, Гідроген, Оксиген, Нітроген, Сульфур, Фосфор.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

1.  Поясніть походження назви науки «органічна хімія» і чи відповідає вона сучасним уявленням про органічні речовини.

2.  Охарактеризуйте відмінні й спільні ознаки органічних і неорганічних сполук. 3.  Поясніть, чому атом Карбону в органічних сполуках чотиривалентний.

4.Наведіть приклади органічних речовин природного походження та синтетичних.

5.Назвіть елементи, що міститься в складі органічних речовин.

117

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

§ 22. МЕТАН­­ЯК­­ПРЕДСТАВНИК­­НАСИЧЕНИХ­­ВУГЛЕВОДНІВ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•знати молекулярну та структурну формули метану;

•пояснювати склад і будову молекули метану, утворення хімічних зв’язків, фізичні властивості;

•характеризувати хімічні властивості метану;

•складати моделі молекули метану (кулестержневу й масштабну) і пояс­ нювати їх;

•обґрунтовувати застосування метану та вплив продуктів його пере­ робки на довкілля.

склад молекули метану.­ З курсу неорганічної хімії вам відомо, що неметалічні елементи мають здатність утворювати леткі сполуки з Гідрогеном.

Визначте склад леткої сполуки Карбону з Гідрогеном, скориставшись періодич- ною системою хімічних елементів (див. перший форзац).

отже, молекула метану містить один атом Карбону й чотири атоми Гідрогену. Хімічна формула — СН4. З § 21 вам відомо, що атом Карбону, утворюючи сполуку, перебуває в збудженому стані. Саме тому він може утворити чотири ковалентні зв’язки з чотирма атомами Гідрогену.

На основі молекулярної формули метану можна скласти електронну, позначивши пари електронів, що утворюють ковалентні зв’язки, крапками:

H

H C H

H

Якщо замінити крапки на риски, отримаємо структурну формулу метану:

H

— H — C — H

— H

Зі структурними формулами ви ознайомилися в курсі хімії 8 класу. Вони показують послідовність розміщення атомів у молекулах, але не дають справжніх уявлень про їх орієнтацію в просторі. Для того щоб уявити розміщення атомів у молекулах речовин, використовують метод моделювання.

118

§ 22. Метан як представник насичених вуглеводнів

метод моделювання та його значення. там, де неможливо спостерігати

будову речовини або явище, застосовують метод моделювання. У науко­ вому розумінні моделювання є одним із методів пізнання навколишнього світу, а модель — замінником, аналогом об’єкта, який до певної міри від­ творює його особливості. Вам добре відомі знакові моделі, якими ви повсяк­ час користуєтеся, зокрема: символи хімічних елементів, формули хімічних речовин і рівняння, що відображають взаємодію речовин, — реакцію.

В органічній хімії ви ознайомитеся з матеріальними моделями. Це моделі молекул органіч­ них речовин. Вони дають змогу чіткіше уявити будову молекул у тривимірному просторі.

Для моделювання в умовах шкільного кабінету використовують кулестержневі та масштабні моделі молекул. Кулестержневу модель конструю­ ють за допомогою кульок і стержнів, які ви можете

самостійно виготовити. У масштабних моделях розміри атомів і зв’язки

передаються точніше. Моделі будови органічних речовин можна зробити із пластиліну (кульки) і сірників (стержні).

Щоб виготовити модель молекули метану, необхідно з’ясувати, як утворюються ковалентні зв’язки між атомом Карбону й атомами Гідрогену.

Будова молекули метану. Досліджуючи будову вуг­ леводнів,ученідовели,щомолекуламетанумаєформу тетраедра. У центрі тетраедра розміщений атом Карбону, сполучений ковалентними зв’язками з ато­ мами Гідрогену, що розташовуються у вершинах тет­ раедра. Кут між зв’язками становить 109,5° (рис. 61).

Ковалентні зв’язки утворюються чотирма неспареними електронами атома Карбону й елек­ тронами чотирьох атомів Гідрогену. Якщо вико­ ристати кульки й стержні, то будова молекули метану матиме такий вигляд, як зображено на рисунку 62. Це кулестержнева модель молекули. Масштабну модель зображено на рисунку 63.

отже, молекула метану має форму правильної трикутної піраміди. Усі валентні електрони атома Карбону взяли участь в утворенні хімічних зв’язків. Можна зробити висновок, що метан є насиченим вуглеводнем.

Виготовте самостійно кулестержневу й масштабну моделі молекули метану, дотри- муючись тетраедричної форми молекули.

119

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

фізичні властивості метану та поширення в

природі. Метан — це газ, що становить 75–98 % об’ємних часток природного газу. Він не має запаху й кольору, майже вдвічі легший за пові­ тря, малорозчинний у воді. Метан міститься в складіприродногогазу,супутніхнафтовихгазів, є в пластах кам’яного вугілля. Метан часто нази­ вають болотним газом, тому що він утворюється на дні болотистих річок та озер унаслідок роз­ кладання та бродіння рослинних решток.

однак запаси природного газу із часом вичерпуються і не відновлюються. тому вчені шукають альтернативні джерела енергії. В Україні до них нале­ жать метаногідрати, що містяться в метаногідратних покладах шельфів Чорного й азовського морів. Їх скупчення виявлено на глибині від 300 до 2000 м поблизу берегів. Ці поклади мають вигляд сірого льоду, у порожни­ нах якого є метан. Сировиною слугували відмерлі рослини, рештки тварин­ них організмів, які потрапляють у води рік, морів та океанів.

До альтернативних джерел енергії належить і біогаз. Він утворю­ ється внаслідок мікробіологічного розкладу біомаси чи біовідходів. Біогаз містить у своєму складі 55–75 % метану.

Поясніть, які альтернативні джерела енергії зображено на рисунку 64.

Важливо знати, що метан потрапляє в атмосферу внаслідок госпо­ дарської діяльності людини. разом із вуглекислим газом він спричиняє парниковий ефект.

Пригадайте, якої шкоди завдає парниковий ефект, та охарактеризуйте відомі вам заходи щодо запобігання цьому явищу.

Хімічні властивості метану.­Вивчаючи ознаки відмінності органічних і неорганічних речовин, ви дізналися, що всі органічні сполуки горять. Унаслідок горіння метану утворюється карбон(ІV) оксид і вода. рівняння реакції повного окиснення (рис. 65):

СН4 + 2о2 = Со2 + 2Н2о.

Рис. 65. Схема реакції горіння метану

120