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

§ 24. Етен (етилен) І етин (ацетилен)...

склад і Будова молекул етену й етину. Метан і гомологи ряду метану

належать до насичених вуглеводнів. однак наявні органічні сполуки, що складаються тільки з Карбону й Гідрогену, але, згідно з їхніми моле­ кулярними формулами, чотиривалентність атомів Карбону викликає сумнів. такими сполуками є етен С2Н4 й етин С2Н2.

Проаналізуємо склад молекул цих речовин. Порівняно з насиченим вуглеводнем етаном, у складі етену (етилену) є на два атоми Гідрогену менше. отже, не всі валентні орбіталі атома Карбону утворюють зв’язки з атомами Гідрогену.

З’ясовано, що атоми Карбону в молекулі етену утворюють хімічні зв’язки між собою, витрачаючи по два валентні електрони. Між ними утво­ рюються дві спільні електронні пари. такий зв’язок називають подвійним. Два інші валентні електрони кожного атома Карбону утворюють ковалент­ ний зв’язок з атомами Гідрогену.

розглянемомасштабнутакулестержневумоделімолекулиетену(рис.76).

Рис. 76.

Масштабна (а)

і кулестержнева (б) моделі молекули етену (етилену)

Масштабнамодельнаочнодемонструє,щовіддальміжатомамиКарбону зменшилася. Дослідженнями доведено, що вона становить 0,134­нм.

Пригадайте, яка віддаль між атомами Карбону в насичених вуглеводнів.

Молекула етену пласка, тобто всі атоми розміщені в одній площині, валентний кут становить 120°.

На основі розглянутих моделей складемо структурну формулу етену (етилену):

H H

У молекулі етину (ацетилену), порівняно з етеном, на два атоми Гідрогену менше (рис. 77). тому між атомами Карбону наявний потрій­ ний зв’язок, тобто кожний атом Карбону витрачає по три валентні орбі­ талі на утворення зв’язків між ними. На утворення зв’язків з атомами Гідрогену залишається по одному електрону.

131

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

Структурна формула етину (ацетилену) має такий вигляд:

H — C≡C — H

Унаслідок утворення потрійного зв’язку довжина карбон­карбонового зв’язкустаєменшою,ніжветену,істановить0,120нм,авалентнийкут—180°.

Подвійний та потрійний зв’язки називають кратними. Вільне обер­ тання атомів навколо кратних хімічних зв’язків неможливе. Вуглеводні, у молекулах яких наявні кратні зв’язки, називають ненасиченими.

фізичні властивості етену й етину.­ Фізичні властивості ненасичених вуглеводнів етену й етину наведено в таблиці 11.

Таблиця 11

Порівняльна­характеристика­етену­й­етину

Хімічні властивості етену й етину. Як усі органічні речовини, етен й

етин є газами, які добре горять. Під час горіння цих сполук виділяється велика кількість тепла. Продуктами горіння є карбон(ІV) оксид і вода:

СН2=СН2 + 3о2 → 2Со2 + 2Н2о; ∆Н < 0; 2СН≡СН + 5о2 → 4Со2 + 2Н2о; ∆Н < 0.

реакції горіння етену й етину екзотермічні. однак горіння відбува­ ється з утворенням світного полум’я в етену та виділенням кіптяви в етину. Щоб пояснити це, виконайте обчислення.

Обчисліть масові частки Карбону в складі етену й етину.

отже, масові частки Карбону в складі цих сполук більші, ніж у насиче­ ному вуглеводні метані. тому під час горіння повністю окиснюється не весь Карбон. У полум’ї наявні розжарені частинки вуглецю, які спричиняють його свічення. Вміст Карбону більший у молекулі етину.

окрім реакції горіння, етену й етину, як ненасиченим вуглеводням, властиві реакції приєднання.

132

§ 24. Етен (етилен) І етин (ацетилен)...

Етен й етин реагують з воднем, унаслідок чого утворюються насичені вугле­ водні. реакції взаємодії з воднем називають гідруванням (гідрогенізацією).

Наприклад:

СН2 =СН2 + Н2→ СН3–СН3; етан СН≡СН + Н2 → СН2=СН2; етен, І стадія;

СН2=СН2 + Н2 → СН3–СН3; етан, ІІ стадія.

Ненасичені вуглеводні реагують із галогенами. Загальна назва таких реакцій — галогенування.

Якісною реакцією для виявлення ненасичених вуглеводнів є реакція взаємодії з бромом. Під час пропускання цих газів крізь бромну воду (роз­ чин брому у воді) жовтого кольору реакційна суміш знебарвлюється вна­ слідок утворення безбарвних бромовмісних сполук. рівняння реакцій:

СН2=СН2 + Br2→ СН2Br—СН2Br; 1,2­дибромоетан. СН≡СН + Br2 → СНBr=СНBr; 1,2­дибромоетен, І стадія;

СНBr=СНBr + Br2 → СНBr2—СНBr2; 1,1,2,2­тетрабромоетан, ІІ стадія.

Важливо знати, що суміш цих речовин із киснем є вибухонебезпечною. тому під час користування ними для збереження здоров’я необ­ хідно перевіряти їх на чистоту.

застосування етену й етину. Етен і продукти його перероблення засто­ совують у різних галузях. Насамперед етен використовують для синтезу етанолу, етанової (оцтової) кислоти, поліетилену.

Наявність етену в повітрі впливає на швидкість достигання овочів і фруктів під час зберігання їх на складах чи в разі транспортування. Складські приміщення добре провітрюють і регулюють температуру в них у межах +20–25 °С.

Для дозрівання томатів до зелених плодів додають кілька червоних (рис. 78). Червоні плоди виділяють етен, що пришвидшує дозрівання зелених томатів. Це природний процес.

Якщо кількість плодів значна, то дозрівання відбувається в герметич­ них камерах за такої ж температури. До камер періодично подають етен із розрахунку 0,2–1 л/м3 (залежно від різновиду плодів). У такий спосіб прискорюють дозрівання лимонів та апельсинів, яблук і бананів.

Хлоропохідні, що утворюються внаслідок хлорування етену й етину, використовують для знезараження зерносховищ, як засоби боротьби зі шкідниками ягідних кущів і винограду.

Етин, як і етен, застосовують в органічному синтезі оцтової кислоти, ацетальдегіду й ета­ нолу. Він є сировиною для виробництва пласт­ мас, синтетичних каучуків, клеїв і розчинників.

У великій кількості етин використовують для різання та зварювання металів, оскільки він під час горіння в кисні виділяє велику кількість тепла (температура полум’я переви­

133

§ 25. Об’ємні відношення газів у хімічних реакціях...

лять у тепле місце, додають до них кілька червоних плодів і накривають рушником. Томати швидко дозрівають, стають червоні та смачні.

§ 25.­ОБ’ЄМНІ­­ВІДНОШЕННЯ­­ГАЗІВ­­­У­­ХІМІЧНИХ­­­ РЕАКЦІЯХ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•знати закон об’ємних відношень;

•обчислювати об’ємні відношення газів у хімічних реакціях;

•розв’язувати задачі на обчислення об’ємних відношень газів за хіміч­ ними рівняннями.

оБ’ємні відношення газів у ХімічниХ реакціяХ.­Вивчення закону авогадро

та використання його під час розв’язування задач переконало вас, що визначати об’єми газів простіше, ніж обчислювати маси. тому хіміки, працюючи з газами, прагнули визначити відношення між об’ємами газів у процесі хімічних реакцій. Відомий французький хімік а. Л. Лавуазьє встановлював відношення об’ємів кисню та водню в реакції утворення води із цих речовин. У 1805 р. Ж.­Л. Гей­Люссак разом з а. фон Гумбольдтом визначили, що під час реакції водню з киснем витрачається вдвічі більший об’єм водню, ніж кисню, а об’єм утвореної водяної пари відповідає об’єму водню. Численні експериментальні дослідження вче­ ний узагальнив у законі об’ємних відношень газів (1808).

Об’єми газів, що реагують, відносяться один до одного й до об’ємів газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа.

рівняння реакції:

отже, відношення газів до та після реакції 2 : 1 : 2.

Відповідно до закону авогадро, коефіцієнти вказують на кількість речовини реагентів і продуктів реакції. Це дає підстави використову­ вати закон об’ємних відношень газів для розв’язування задач.

розв’язування розраХунковиХ задач на оБчислення оБ’ємниХ відношень

газів за Хімічними рівняннями. розглянемо кілька прикладів розв’язання відповідних задач.

З а д а ч а 1.­Метан об’ємом 250 л повністю згорів у кисні. обчисліть об’єм кисню (н. у.), який використали для реакції.

135

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

Відповідь: для спалювання метану об’ємом 250 л використали кисень об’ємом 500 л.

Жозеф-луї Гей-люссак (1778–1850) — французький хімік і фізик, член Французької академії наук (1806). Його ім’я внесено до списку найвидатніших науковців Франції, розміщеного на першому поверсі Ейфелевої вежі.

Дослідження вченого стосуються різних галузей фізичної, органічної та неорганічної хімії. У 1802 р. відкрив закон теплового розширення газів. Через три роки разом із німецьким природодослідником А. фон Гумбольдтом установив, що відношення атомів Гідрогену й Оксигену в молекулі води становить 2 : 1. У 1808 р. відкрив закон об’ємних відношень газів, який було названо його ім’ям.

За д а ч а 2. обчисліть об’єми етану та кисню (н. у.), що прореагували

впроцесі горіння, якщо утворився карбон(ІV) оксид об’ємом 134,4 л.

ПІДСУМОВУЄМО­ВИВЧЕНЕ

•В обчисленнях за хімічними реакціями, що відбуваються між газами, використовують закон об’ємних відношень газів Ж.-Л. Гей-Люссака.

•Закон об’ємних відношень: об’єми газів, що реагують, відносяться один

до одного й до об’ємів газоподібних продуктів реакції як невеликі цілі числа.

136

§ 26. Поняття про полімери...

ЗАВДАН­ ­НЯ­ДЛЯ­САМОКОНТРО­ ­ЛЮ

1.Обчисліть і позначте об’єм кисню (н. у.), що прореагував із воднем, якщо утворилася водяна пара об’ємом 360 л.

2.Обчисліть і позначте об’єм кисню (н. у.), що прореагує під час повного згоряння етену об’ємом 75 л.

3.  Етин об’ємом 179,2 л повністю згорів у кисні. Обчисліть об’єм (н. у.) кисню, що прореагував.

4.Унаслідок повного згоряння пропану утворився карбон(IV) оксид об’ємом 120 л (н. у.). Обчисліть об’єми газів-реагентів (н. у.).

5.На згоряння суміші метану з азотом об’ємом 960 л витрачено кисень об’ємом 1804,8 л (н. у.). Обчисліть об’ємну частку метану в суміші.

6.У природному газі містяться метан (масова частка 90 %), етан (масова частка 5 %) і домішки, що не горять. Обчисліть, який об’єм кисню (н. у.) треба витратити на згоряння цього газу об’ємом 1 м3.

7.Суміш метану й етену об’ємом 176 л, у якій об’ємна частка насиченого вуглеводню становить 40 %, повністю спалили. Обчисліть об’єм (н. у.) витраченого кисню й утвореного карбон(IV) оксиду.

§  26.­ПОНЯТТЯ­­ПРО­­ПОЛІМЕРИ­­НА­­ПРИКЛАДІ­­ ПОЛІЕТИЛЕНУ.­­ЗАСТОСУВАННЯ­­ПОЛІЕТИЛЕНУ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•знати склад і будову поліетилену, його загальну формулу; поняття «мономер», «полімер», «структурна ланка»;

•розуміти суть і значення реакції полімеризації;

•характеризувати фізичні й хімічні властивості поліетилену;

•установлювати причинно­наслідкові зв’язки між складом, будовою та властивостями полімеру;

•висловлювати судження про значення поліетилену та його правильне використання.

полімери. склад і Будова поліетилену (поліетену).­На основі ненасиче­

них вуглеводнів синтезують високомолекулярні сполуки — полімери. Вони утворюються внаслідок сполучення великої кількості молекул речовин, які мають у своєму складі кратні зв’язки. Назва «полімер» походить від грецького poly — «багато, великий» і meros — «частина, частинка». отже, у складі полімеру міститься багато частинок.

ознайомимося з утворенням полімерів на прикладі реакції полімеризації­етилену. Запишемо реакцію сполучення між молекулами етилену:

СН2=СН2 + СН2=СН2 + СН2=СН2 + СН2=СН2 … →(—СН2—СН2— + + —СН2—СН2— + —СН2—СН2— + —СН2—СН2—) → → —СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2— …

137

Тема. 3. Початкові поняття про органічні сполуки

Умови реакції полімеризації:

1) підвищені температура й тиск; 2) наявність каталізатора.

Рис. 79. Схема реакції полімеризації етену з утворенням поліетилену

Як показано на рисунку 79, молекули етилену є реагентом для син­ тезу поліетилену. Низькомолекулярні речовини, що є реагентами в реак­ ціях полімеризації, називають мономерами. отже, полімер складається зі структурних ланок, які багато разів повторюються. У структурі полі­ етилену такою ланкою є група атомів —СН2—СН2—. Це залишки моле­ кул мономерів, тому їх ще називають мономерними ланками. Процес утворення полімеру називають полімеризацією, а число, яке вказує на кількість мономерних ланок, — ступенем полімеризації. У схемі реак­ ції (див. рис. 79) на ступінь полімеризації вказує число n.

Мономерні ланки в полімерах можуть бути різні за розміром, тобто з вищим або нижчим ступенем полімеризації. тому точно визначити від­ носну молекулярну масу полімеру неможливо. У такому разі йдеться про середнє значення відносної молекулярної маси. У полімерів вона має зна­ чення від десятків до сотень тисяч.

фізичні та Хімічні властивості поліетилену. Поліетилен за своєю будовою

дуже подібний до насичених вуглеводнів із великою відносною молеку­ лярною масою, за зовнішнім виглядом — до парафіну. Це тверда, без­ барвна, прозора або білого кольору речовина, дещо масна на дотик. По­ ліетилен легший за воду, тому не тоне в ній і не розчиняється. В інтер­ валі температур від +102 °С до +137 °С залежно від будови полімеру, який може мати короткі, довгі та сплутані в клубки ланцюги, він роз­

м’якшується та плавиться. У розм’якшеному стані поліетилену можна надати будь­якої форми, яку він зберігає й після охолодження (рис. 80). Для виявлення зазначених властивостей полі­ етилену виконаємо демонстраційні досліди.

Д о с л і д 1. Уважно розглянемо такі пред­ мети, виготовлені з поліетилену: пакет, однора­

Рис. 80. Поліетилен зову склянку, ложку, виделку, пляшку, іграшку,

у гранулах

138