Метан

 
 

§ 22. Метан

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

  • знати молекулярну і структурну формули, застосування метану;
  • описувати фізичні й хімічні властивості метану;
  • уміти складати рівняння реакцій метану з киснем і хлором;
  • розрізняти поняття «повне» і «часткове окиснення».

Склад і будова молекули. Найпростішою органічною сполукою, до складу якої входять лише один атом Карбону і чотири атоми Гідрогену, є метан, його молекулярна формула CH4 (мал. 40, а).

Щоб з'ясувати електронну будову молекули метану, пригадаймо електронну будову атома Карбону. Його електронна формула 1s22s22p2. У зовнішньому електронному шарі атома містяться 4 електрони: два s- і два р-електрони, а одна р-орбіталь вільна. У цьому разі говорять про основний стан атома Карбону:

Під час утворення сполуки атом Карбону переходить у збуджений стан, при цьому один s-електрон переміщується на вільну р-орбіталь. Відтак у атома Карбону в зовнішньому шарі містяться чотири неспарені електрони, завдяки яким можуть утворюватися чотири зв'язки з іншими атомами, тобто Карбон виявляє валентність чотири.

Атоми Гідрогену мають по одному електрону і є одновалентними. Надаючи у спільне користування чотири електрони, атом Карбону утворює чотири ковалентні зв'язки з чотирма атомами Гідрогену.

Позначивши валентні електрони крапками, дістанемо електронну формулу метану (мал. 40, б).

Замінимо крапки, що позначають електронні пари, рисками — матимемо структурну формулу метану (мал. 40, в).

Будову молекул можна передати за допомогою моделей. Для конструювання моделей атоми Карбону і Гідрогену виготовляють у вигляді кульок, а хімічні зв'язки — у вигляді стержнів, тому такі моделі називають кулестержневими (мал. 40, г).

Мал. 40. Метан: а — молекулярна формула; б — електронна формула; в — структурна формула; г — кулестержнева модель молекули; д — масштабна модель молекули

Використовують також масштабні моделі, в яких розміри атомів і зв'язків передаються точніше, пропорційно реальним розмірам молекул (мал. 40, д).

Фізичні властивості й поширення у природі. За нормальних умов метан — газ, безбарвний, без запаху, майже вдвічі легший за повітря. У воді практично не розчиняється, але добре розчинний в органічних розчинниках.

Природний газ, що надходить до газової магістралі, на 98 % складається з метану і має, як ви знаєте, неприємний запах. Він спричинений добавлянням спеціальних речовин, що пахнуть.

• З якою метою, на вашу думку, це роблять?

Як основа природного газу метан утворився в надрах Землі, ймовірно, внаслідок взаємодії розжарених карбідів металічних елементів з водяною парою.

У природі можна спостерігати метан, що утворюється під час гниття рослинних решток без доступу повітря. На болотах він утворює бульбашки на поверхні води (болотний газ) (мал. 41). У вугільних шахтах є рудниковий газ — це також метан.

Мал. 41. Утворення метану в заболоченій водоймі

Метан є не тільки на Землі. Він становить основу атмосфери планет Юпітер і Сатурн.

Реакції окиснення. Одна з хімічних властивостей метану відома вам із побуту — реакція горіння. Ця реакція відбувається під час згоряння природного газу, що надходить газопроводами (мал. 42). Унаслідок згоряння метану так само, як і інших органічних речовин, утворюються вода й вуглекислий газ:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Мал. 42. Горіння метану в газовій конфорці кухонної плити

Продукти реакції можна виявити за допомогою досліду. Підпалимо метан, зібраний у циліндрі, або опустимо газовідвідну трубку з полум'ям метану в скляний циліндр. Через деякий час помітимо утворення вологи на стінках циліндра. Добавимо в циліндр вапняної води; стікаючи по стінках циліндра, вона каламутнішає. Отже, внаслідок горіння метану виділяються вода і вуглекислий газ. Ці продукти утворилися з Карбону і Гідрогену, які є у складі метану. Дослід підтверджує якісний склад цієї сполуки.

• Пригадайте, як відбувається реакція вуглекислого газу з вапняною водою. Складіть хімічне рівняння. Чому вода стає каламутною?

Крім продуктів окиснення виділяється також велика кількість теплоти. Термохімічне рівняння реакції горіння метану записується так:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O; ΔH = -890 кДж/моль

• Пригадайте, як називають реакції, що відбуваються з виділенням теплоти.

З хімічного погляду горіння метану — це реакція повного окиснення. У разі нестачі кисню метан окиснюється неповністю (реакція часткового окиснення), і замість карбон(IV) оксиду утворюється вуглець (у вигляді сажі) або карбон(ІІ) оксид:

CH+ O→ C + 2H2O

2CH+ 3O→ 2CO + 4H2O

Карбон(ІІ) оксид — дуже токсична речовина без запаху і кольору. Слід знати, що за умов неповного окиснення метану в побутових газових приладах його полум'я набуває жовтого забарвлення завдяки розжареним часточкам вуглецю, а посуд для приготування їжі вкривається кіптявою.

• Пригадайте, в чому полягає отруйність чадного газу. Яким чином можна уникнути отруєння ним?

Метан утворює вибухонебезпечні суміші з киснем і повітрям. Вибух може статися навіть від іскри, якщо концентрація метану досягає критичної, ось чому слід додержувати правил безпеки, постійно провітрювати приміщення, де встановлено газові опалювальні прилади.

Реакції заміщення. Метан вступає в реакцію з хлором Cl2. Під час освітлення скляної посудини з сумішшю цих двох газів ультрафіолетовим промінням або під час нагрівання відбувається реакція хлорування метану:

На розсіяному сонячному світлі реакція відбувається повільно, можна спостерігати поступове зникнення жовто-зеленого забарвлення хлору, що затрачається на взаємодію з метаном.

За хімічним характером це реакція заміщення. Вона не припиняється на першій стадії, а відбувається до повного заміщення всіх атомів Гідрогену за умови достатньої кількості хлору:

• Напишіть рівняння наведених реакцій за допомогою молекулярних формул.

Сумарне рівняння повного хлорування метану:

CH4 + 4Сl2 → ССl4 + 4HCl

На практиці утворюється суміш сполук, так званих хлоропохідних метану.

Застосування метану. Хоча склад метану як основи болотного і рудникового газів було визначено на початку XIX ст., його широке використання почалося лише через сто років. Завдяки теплоті, що виділяється внаслідок згоряння метану, він використовується як відносно дешеве паливо у побуті та багатьох промислових процесах.

Широко застосовують продукти хімічних перетворень метану: вуглець (сажу) — для виготовлення гуми, друкарських фарб; водень — у синтезі амоніаку; хлорометан використовують в органічному синтезі; дихлорометан, трихлорометан — як розчинники; трихлорометан (інша назва — хлороформ) довгий час використовували в медицині як знеболювач під час хірургічних операцій; тетрахлорометан — як засіб гасіння вогню. Продукти термічного розкладу метану є вихідними для виготовлення пластмас, їх використовують в органічному синтезі.

Висновки

• Метан — найпростіша органічна сполука.

• У молекулі метану, як і в інших органічних сполуках, атом Карбону чотиривалентний, тобто утворює чотири ковалентні зв'язки.

• Метан згоряє з утворенням вуглекислого газу і води.

• Метан вступає в реакцію часткового окиснення з утворенням карбон(II) оксиду або вуглецю; в реакцію заміщення з хлором.

• Метан — основа складу природного газу.

• Метан використовують як паливо, а продукти його хімічної переробки — в різних галузях господарства.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Як можна довести на досліді хімічний склад метану?

2. Який тип зв'язків існує між атомами в молекулі метану?

3. Складіть структурну формулу метану. Що позначає риска у структурній формулі речовини?

4. Завдяки якій властивості метану його можна спостерігати у вигляді бульбашок на поверхні заболочених водойм?

5. В які реакції вступає метан? Напишіть рівняння, визначте типи реакцій.

6. Позначте речовини, що утворюються в результаті неповного згоряння метану:

  • А карбон(IV) оксид і вода
  • Б вуглець і вода
  • В карбон(ІІ) оксид і вода
  • Г карбон(ІІ) оксид і водень

7. Поясніть, виходячи з рівняння реакції горіння метану, чому його використовують як паливо.

Додаткові завдання

  • 8. Метан можна синтезувати з простих речовин. Складіть рівняння реакції. Чи має вона практичне значення? Теоретичне? Дайте пояснення.
  • 9. Складіть електронну формулу хлорометану.
  • 10. З'ясуйте, що таке лампа Деві, у чому її особливість.
скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Хімії за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.