11 himpopel p u

•Напишіть рівняння реакцій горіння етану в надлишку кисню та за його нестачі.

Механізм реакції окиснення алкану нагадує механізм взаємодії метану із хлором. Він пов'язаний з утворенням радикалів унаслідок розриву зв'язків С-С і С-Н за високої температури.

Суміші метану та інших газуватих алканів (а також пари рідких алканів) із повітрям є вибухонебезпечними. Тому, користуючись у побуті природним газом і пальним, слід бути дуже обережним. Вибух може статися вже за об'ємної частки метану в повітрі 5 %.

За певних умов алкани взаємодіють із киснем, перетворюючись на оксигеновмісні органічні сполуки. У промисловості окисненням бутану добувають оцтову кислоту.

Алкани не реагують із такими окисниками, як калій перманганат, гідроген пероксид.

Термічний розклад. При сильному нагріванні за відсутності повітря (кисню) алкани розкладаються. Під час таких реакцій утворюються насичені й ненасичені вуглеводні, а також водень:

СН3 -СН2 -СН2-СНз СН3-~СН3 + Н2С=СН2; 2СН4 1500 °с > НС=СН +ЗН2 .

Ізомеризація. За певних умов алкани нерозгалуженої будови перетворюються на ізомери із розгалуженим карбоновим ланцюгом:

СН 3 - СН 2 - СН 2 - СН 3 - ^ ^ > С Н 3 - С Н - С Н 3 .

Реакції, під час яких утворюються ізомери вихідних сполук унаслідок перегрупування атомів у молекулах1, називають реакціями ізомеризації.

1 Або переміщення в них кратних зв'язків.

48

висновки

Найпростіші алкани за звичайних умов є газами, інші — рідинами або твердими речовинами. Вони розчиняються в органічних розчинниках і нерозчинні у воді. Рідкі алкани мають характерний запах. Температури плавлення і кипіння алканів зі збільшенням молекулярної маси сполук зростають.

Усі алкани хімічно пасивні. За певних умов вони вступають у реакції заміщення, а під час нагрівання розкладаються. Алкани — горючі речовини.

Реакції хлорування алканів відбуваються за радикально-ланцюговим механізмом.

9

и

41.Чи впливають склад і будова молекул алканів на їхні фізичні властивості? Відповідь обґрунтуйте.

42.Напишіть рівняння всіх стадій бромування метану.

43.Що таке радикал? Складіть електронну формулу етильного радикала. Чи можна вважати радикалом атом Хлору?

44.Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

45.Який об'єм повітря (н. у.) потрібний для спалювання 10 л октану, густина якого становить 0,7 г/см3? Прийміть об'ємну частку кисню

вповітрі за 20 %.

46.У результаті неповного розкладу метану на ацетилен і водень зафіксовано збільшення загального об'єму газів в 1,4 раза. Обчисліть відносний вихід ацетилену.

47.У балоні міститься 20 кг суміші пропану і н-бутану. Масова частка пропану в суміші становить 22 %. Яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні цієї суміші? Термохімічні рівняння реакцій горіння пропану і н-бутану:

С3Н8 + 502 = ЗС02 + 4Н20; АН = - 2200 кДж;

2С4Н10 + 1302 = 8С02 + 10Н20; АН = - 5760 кДж.

49

Циклоалкани

Матеріал параграфа допоможе вам:

з'ясувати склад і будову молекул циклоалканів; складати формули і назви циклоалканів; дізнатися про ізомерію циклоалканів; отримати відомості про властивості циклоалканів.

Склад молекул. Насичені вуглеводні можуть мати в молекулах не тільки відкриті карбонові ланцюги, а й замкнені. Якщо із молекули алкану вилучити по одному атому Гідрогену від двох несусідніх атомів Карбону і з'єднати останні простим зв'язком, то отримаємо молекулу із замкненим карбоновим ланцюгом, або циклом.

Насичені вуглеводні, молекули яких мають циклічну будову, називають циклоалкани ми.

50

Назви. Назва циклоалкану складається із назви алкану з такою самою кількістю атомів Карбону в молекулі і префікса цикло-. Наприклад, сполука із циклічною молекулою С3Н6 має назву циклопропан (мал. 14), а С4Н8 — циклобутан.

Якщо в молекулі циклоалкану є один замісник, то його назву вказують на

1-етил-2,3-диметилциклопентан

Будова молекул. У циклоалканах, як і в алканах, орбіталі атомів Карбону перебувають у стані «//-гібридизації. Внаслідок цього кути між прямими, що з'єднують центри сусідніх атомів, мали б становити 109° 28'. Проте в молекулах циклопропану С3Н6 і

циклобутану С4Н8 внутрішні кути в карбонових циклах менші. Це зумовлює «напруження» в циклах, їх нестійкість і підвищену реакційну здатність сполук.

51

Молекули майже всіх циклоалканів перебувають у різних конформаціях. Звернемо увагу на дві конформації молекули циклогексану СбН12. Назва однієї з них — «крісло» (а), іншої — «ванна» (б):

Молекула в конформації «крісло» має найменшу енергію.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № З Конформації молекули циклогексану

Використовуючи набір для складання моделей молекул, виготовте кулестержневу модель карбонового циклу молекули циклогексану в конформації «крісло». Спробуйте вигнути її так, щоб утворилася конформація «ванна».

Ізомерія. Циклоалкани мають більше ізомерів, ніж відповідні алкани. Підтвердимо це структурними формулами молекул ізомерів складу С5Н10:

Як бачимо, структурні ізомери циклоалкану можуть різнитися:

® розміром циклу (а, б, в);

•складом і кількістю замісників (г, ґ);

•положенням замісників у циклі (в, г).

Для циклоалканів існує ще й просторова ізомерія. Один із її видів — геометрична, або

цис-транс-ізомерія. Вона зумовлена можли-

52

вістю неоднакового розміщення щодо поверхні циклу двох замісників біля різних атомів Карбону. Геометричні ізомери має 1,2-диме- тилциклопропан. У молекулі цис-ізомеру групи атомів СН3 перебувають по один бік від поверхні циклу, а в молекулі транс-ізоме- ру1 — по різні боки (замісники максимально віддалені один від одного):

Фізичні властивості. Циклопропан і циклобутан за звичайних умов є газами, інші циклоалкани — рідини або тверді речовини. Зі збільшенням молекулярної маси сполук їхні температури плавлення і кипіння зростають. Циклоалкани, як і алкани, нерозчинні у воді, але розчиняються в органічних розчинниках.

Хімічні властивості. За хімічними властивостями циклоалкани подібні до алканів. Для них характерні реакції горіння і заміщення.

І! Напишіть рівняння реакції горіння циклопропану.

Реакції заміщення, в яких беруть участь галогени, відбуваються при освітленні. Бромування циклопентану починається згідно з таким рівнянням:

1 Префікси походять від латинських сів — по цей бік, "Ьгапз — крізь, через.

53

Із водним розчином брому циклоалкани, як і алкани, не взаємодіють.

Циклопропан і циклобутан через напруженість карбонових циклів у їхніх молекулах сполучаються з воднем, галогенами, галогеноводнями. При цьому цикли розкриваються й утворюються відповідні алкани чи галогенопохідні алканів:

В И С Н О В К И

Насичені вуглеводні, молекули яких мають циклічну будову, називають циклоалканами. їх загальна формула — С„Н2„. Орбіталі атомів Карбону в молекулах циклоалканів перебувають у стані «//'-гібридизації.

Назва циклоалкану складається із назви алкану з такою самою кількістю атомів Карбону в молекулі і префікса цикло-.

Для циклоалканів існують як структурні ізомери, так і просторові.

Циклопропан і циклобутан — гази, інші циклоалкани — рідини або тверді речовини.

За хімічними властивостями циклоалкани подібні до алканів. Для них характерні реакції горіння і заміщення.

О

»

48.Які вуглеводні називають циклоалканами?

49.Які види ізомерії існують для циклоалканів?

54

містять цикли із чотирьох атомів Карбону. Назвіть сполуки.

')3. Складіть рівняння реакції циклогексану із хлором: а) якщо кількості речовини реагентів однакові; б) якщо одним із продуктів є гексахлоран С6Н6СІ6.

54.Який об'єм повітря (н. у.) необхідний для повного згоряння 100 мл циклогептану (рідина із густиною 0,81 г/см3)? Прийміть об'ємну частку кисню в повітрі за 20 %.

55

Закріпіть пробірку горизонтально у штативі. Вставте у пробірку ближче до її отвору невеликий жмут вати. Потім за допомогою маленького шпателя помістіть невелику кількість безводного купрум(ІІ) сульфату на внутрішню поверхню пробірки. Закрийте пробірку пробкою із газовідвідною трубкою.

В іншу пробірку (або склянку) налийте 3—5 мл вапняної води (пробірку поставте у штатив) і занурте газовідвідну трубку в рідину (мал. 17).

Мал. 17.

Прилад для виявлення Карбону і Гідрогену в органічних речовинах

Запаліть спиртівку, обережно прогрійте всю пробірку і нагрівайте суміш. Спостерігайте за нею, купрум(ІІ) сульфатом і вапняною водою.

Після помутніння вапняної води вийміть із неї газовідвідну трубку, не припиняючи нагрівати суміш (інакше рідина по трубці потрапить до гарячої пробірки, і вона трісне). Як тільки помітите зміни у пробірці, припиніть нагрівання.

Запишіть у наведену далі таблицю спостереження, пояснення, висновки, рівняння реакцій, а також відповіді на такі запитання:

1.Як змінилося забарвлення безводного купрум(ІІ) сульфату? Яка сполука утворилася? Про що це свідчить?

2.Що відбулося у пробірці з вапняною водою? Який газ прореагував із розчиненою речовиною?

56

3.Який колір з'явився в реакційній суміші? На утворення

якої речовини він указує?

4.Які елементи виявлено в органічній речовині, взятій для досліду? До молекул яких сполук перейшли атоми цих елементів у результаті хімічних реакцій?

або іншої органічної сполуки

б) взаємодія одного із продуктів окиснення органічної сполуки з купрум(ІІ) сульфатом

в) взаємодія іншого продукту окиснення органічної сполуки з кальцій гідроксидом

* У другому хімічному рівнянні можна записати формулу одного із вуглеводнів, складових парафіну (наприклад, С20Н42).

' Хлороформ не займається на повітрі та не утворює з ним вибухо- вих сумішей.

57