Слепнева - FIZIKOKhIMIYa_POLIMEROV_1

4.5. Одним из способов очистки природного газа от сероводоро-

да является вакуум-карбонатный метод. Он основан на абсорбции

У

сероводорода раствором карбоната натрия или калия (экзотермиче-

ский процесс):

Na2CO3 + H2S

NaHS + NaHCO3;

∆r H < 0.

Н

Из отработанных растворов кислых солей исходные вещества

регенерируют, используя свойство обратимости реакцииТ. Как сле-

дует изменить давление и температуру в процессе регенерации по

сравнению с процессом поглощения сероводорода, чтобы добиться

й

десорбции Н2S, т. е. сдвига равновесия влево?

4.6. Для изучения работы двигателя был приготовленБ

1 кг двух-

компонентной смеси изооктана (2,2,4-тр метилпентана) и н-гептана.

р

Определите, какой объем каждого компонента необходимо взять

для приготовления образцов топл ва с октановыми числами: а) 10;

о

б) 20; в) 40; г) 60; д) 80; е) 100. Дляиасчета воспользуйтесь спра-

вочными данными по пл

стям жидкостей: ρизоокт. =

0,69 г/см3,

3

.

тн

ρн-гептана = 0,68 г/см

виды

4.7. а) Какие

крекинга вы знаете и чем они отличаются?

б) Энергия акт вац

крекинга пропана составляет 220 кДж/моль.

з

Вычислите отношен е скоростей этой реакции при 850 и 750 К

моль

(R = 8,31 Дж/

∙К).

4.8. Наз вите

сновные методы переработки нефти. Какие про-

цессы ерераб тки нефти можно отнести к физическим? Напишите

уравнение

реакции получения этилена и других возможных углево-

дородов на римере

термического крекинга

октадекана (С18Н38).

Р

зина называется каталитическим риформингом?

Н

2) Напишите структурные формулы нижеприведенных углеводоУ-

родов и выберите из них те, которые не относятся к ароматическим:

а) 2,4-диметилпентан;

Б

Т

б) 3-этилгексан;

в) толуол;

й

г) бензол.

Т е м а 5

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ

о

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯи

т

5.1. Структуры Льюиса. Кислрты и основания Льюиса. Кислоты

и

Льюиса – катализаторы реакции п лимеризации.

5.2. Типы хим ческой связи в органических соединениях: кова-

з

лентная и ионная. Донорно-акцепторные связи. Полярность связи. Ди-

польные

молекул. Полярные и неполярные растворители.

5.3. Межм лекулярные взаимодействия: диполь-дипольные, ин-

п

дукционные и дисперсионные. Водородные связи.

Р акционнаямоментыспособность органического вещества определяется

рас р д л нием электронной плотности в молекуле, типом связей

Р

м жду атомами, присутствием в молекуле несвязанных электронов.

еПреобладающий тип связи в органических соединениях – ковалент-

изменениях. Валентные электроны изображаются точками. Пару

электронов иногда изображают черточкой.

Б

и

связей все четыре вален ных электр на, проявляя валентность, равную

четырем, а водород о

одинэлектрон, его валентность равна еди-

нице. В общем случаедаетч сло валентных электронов равно номеру

которой

группы, в

этот атом находится в Периодической таблице

Д.И. Менделеева. В атомах, которые имеют более четырех валентных

п

азте – пять валентных электронов, в кислороде – шесть,

электрон в (в

к полярной ковалентной, поскольку разность электроотрицательно-

стей кислорода и водорода по шкале Полинга равна 3,5 – 2,1 = 1,4.

Н

Смещение электронной плотности характеризуется наличием на

одном из атомов небольшого положительногоБзаряда δ+, на другом

атоме – небольшого отрицательного заряда δ–. Вследствие разделе-

ния положительного и отрицательного зарядов связь обладает элект-

й

рическим дипольным моментом (μ), змеряемым в дебаях (D)1. Ди-

польный момент связи имеет нап иавленность вдоль связи от поло-

жительного заряда δ+ к трицательному δ–. Дипольный момент мо-

лекулы в целом являе ся векрнй суммой дипольных моментов

связей. Измерить

момент каждой отдельной связи внут-

о

ри молекулы невозможно. Можно измерить только суммарный ди-

т

польный момент молекулы

по нему с учетом геометрии молекулы

рассчитать дипольные моменты отдельных связей2. Молекулы, имею-

дипольный

щие в св ем с ставе гидроксильные группы с ковалентным поляр-

з

ным характер м,

в большинстве случаев являются полярными; так,

у этанола μ = 1,69 D, у этиленгликоля с двумя гидроксильными

о

гру ами ди ольный момент: μ = 1,5–2,2 D, а у глицерина с тремя

гидроксильнымип

группами самый маленький в этом ряду диполь-

е

Р

Н

полярные связи S=О, но она нелинейна, поэтому является полярнойУ.

Дипольный момент молекулы SO2

равен 1,63 D.

Молекула тетрахлорметана (четыреххлористый углеродТ) ССl4 с че-

тырьмя полярными связями С–Сl также является неполярной. Это свя-

зано с тем, что атом углерода в молекуле ССl4 имеет sp3-гибриди-

й

зацию орбиталей, все четыре полярные связи направлены от центра к

вершинам правильного тетраэдра1, за счет этогоБдостигается общая

симметрия молекулы. Взаимное расположение связей также следует

учитывать при рассмотрении

полярности

полимерных молекул. Связь

С–F полярна, но в молекуле политет афторэтилена эти связи располо-

о

жены симметрично, поэтому вся макиомолекула в целом неполярна.

Информация о полярн

м лекулы приобретает особенно боль-

сти

шое значение при использ вании жидкого вещества в качестве рас-

и

творителя. Поскольку многие органические вещества являются не-

полярными, для х рас ворения используются неполярные или ма-

з

лополярные орган ческ е растворители, такие как бензол С6Н6, то-

о

луол С6Н5–СН3, а также растворители, являющиеся продуктами пере-

работки нефти (бен ин, керосин, сольвент и др.). Для растворения

п

полярных рганических веществ используются полярные органиче-

ские

растворители, например, спирты, которые хорошо смешивают-

ся с водой, также являющейся полярным веществом.

Р

ду постоянными диполями.

Н

Дисперсионные силы возникают вследствие мгновенных флуктуаУ-

ций1 электронной плотности в молекулах. Флуктуации электронной

плотности приводят к появлению в молекуле мгновенногоТдиполя,

который способен индуцировать диполь в соседней молекуле.

Между мгновенными диполями возникают кратковременные элек-

й

тростатические притяжения. Дисперсионное взаимодействие

намного слабее, чем силы притяжения предыдущихБ

двух типов.

Суммарная энергия ван-дер-ваальсовых с л на 1–2 порядка ниже

энергии химических связей.

р

Водородные связи занимают п омежуточное положение между

о

внутримолекулярными и межмолекулярнымии

связями. Они могут

возникать как между м лекулами (между молекулами воды, аммиа-

т

ка,

фтороводорода), ак и между отдельными группами атомов

и

внутри молекул. Вну римолекулярная водородная связь осуществ-

ляется в полимерных молекулах белка, нуклеиновых кислот и, в

з

некоторых случаях, в небольших молекулах, когда группы, способ-

о

ные образовать водородную связь, занимают подходящее простран-

ственное расп л жение. Водородная связь занимает промежуточное

положение между внутримолекулярными и межмолекулярными свя-

ньше

зями также и

энергии. Ее энергия 10–30 кДж/моль. Это намного

м

энергии внутримолекулярных ковалентных связей, но боль-

Р

кулами метанола.

Н

..H

O

CH3

Б

.

й

СН –

CH33-O

H

и

Рис. 5.2. Водородная связь между двумя молекулами метанола

р

Связи между макромолекулами полимеров. Между молекула-

о

ми полиэтилена с неполярными или слабо полярными ковалентны-

т

ми связями действуют л шь ван-дер-ваальсовы силы, молекулярная

агрегация несущественна, а участки цепи могут свободно проскаль-

зывать друг

и

тн сительно друга. Наличие в молекуле найлона-61

з

(полиамида) [–ОС–(СН2)5–NН–]n атома водорода, связанного с элект-

роотрицательным азотом, и карбонильного атома кислорода приво-

о

дит к возникновению множества водородных связей, что сильно

ограничиваетп

сегментальную2 подвижность цепей полиамида при

т мп ратурах ниже 50 °С и обеспечивает связывание элементов це-

е

пи друг с другом. Водородные связи образуются также между мо-

лекулами других природных и синтетических полимеров, содержа-

Рщих гидроксильные группы (целлюлоза, крахмал, белки и т. д.).

растворяется в воде при нагревании, а полярная целлюлоза в воде

способна набухать2.

Вопросы к теме 5 «Химическая связь в органических соединенияхУ.

Межмолекулярные взаимодействия»

Т

5.1. Связь между двумя атомами углерода в молекуле этана явля-

ется (выберите правильный ответ, дайте определения и приведите

Н

примеры для каждого из предложенных вариантов ответов):

а) ковалентной полярной;

Б

б) ионной;

й

в) ковалентной неполярной;

г) донорно-акцепторной.

аствоиителей, по вашему мнению,

5.2. В каких из указанных

будет растворяться битум – тве дый неполярный продукт перера-

р

ботки нефти (выбери е правильные ответы и объясните ваш выбор):

а) вода;

о

б) сольвент;

т

в) этиловый сп рт;

г) бензин?

и

Напишите ф рмулы всех указанных индивидуальных соедине-

з

ний, а также укажите примерный состав бензина.

5.3. Какие из указанных растворителей являются полярными (вы-

б

о

равильные ответы и объясните ваш выбор):

п

1

Поливиниловый спирт (ПВС) является хорошим стабилизатором коллоидных си-

рите

стем и в этих целях широко используется для стабилизации водных эмульсий и суспен-

зий. После модификации макромолекулы с целью устранения растворимости в воде

Риспользуется для производства текстильного волокна. Волокна, изготовленные из ПВС,

обладают повышенной адсорбцией влаги по сравнению с другими синтетическими во-

объясните ваш выбор):

Н

У

а) вода;

Т

б) бензин;

в) этанол;

г) ацетон?

й

Напишите формулы всех указанных индивидуальных соедине-

ний, а также укажите приблизительный составБбензина.

5.5. Межмолекулярная связь между атомом водорода, непосред-

р

ственно связанным с электроотр цательным атомом одной молеку-

лы и сильно

электроотрицательным атомом другой молекулы,

о

называется (выберите правильныйиответ, охарактеризуйте все ука-

занные виды связей):

т

а) ковалентная связь;

и

б) ионная связь;

в) межмолекулярная водородная связь;

з

г) дисперсионное в а

модействие.

Исполь

5.6.

уя формулу структурного звена найлона-6, напиши-