Гомологи метану

 
 

§ 23. Гомологи метану

Опанувавши зміст параграфа, ви будете

  • знати молекулярні й структурні формули, назви десяти гомологів метану, їхню загальну формулу;
  • розуміти суть понять «насичені вуглеводні», «гомологи», «гомологічний ряд»;
  • порівнювати фізичні властивості гомологів метану;
  • уміти складати рівняння реакцій повного окиснення (горіння) гомологів метану.

Склад і будова молекул. Ви вже знаєте, що атоми Карбону мають здатність сполучатися між собою, утворюючи ланцюги. Якщо два атоми Карбону сполучаються між собою ковалентним зв'язком, надаючи у спільне користування по одному електрону, то в кожного з атомів залишається по три електрони, що можуть утворити спільні електронні пари з трьома атомами Гідрогену. Хімічний склад такої сполуки C2H6. Ця сполука називається етаном.

Її електронна та структурна формули, кулестержнева й масштабна моделі наведено на мал. 43.

Мал. 43. Етан: а — молекулярна формула; б — електронна формула; в — структурна формула; г — кулестержнева модель молекули; д — масштабна модель молекули

Тепер складемо структурну формулу сполуки Карбону з Гідрогеном, у якій містяться три послідовно сполучені атоми Карбону, пам'ятаючи, що Карбон чотири-, а Гідроген одновалентний.

Молекулярна формула пропану (а саме так називається ця сполука) — C3H8.

Структурні формули можна записувати у спрощеному вигляді. Наприклад, для етану CH3—CH3, для пропану CH3—CH2—CH3.

До складу наведених сполук входять лише атоми Карбону і Гідрогену, що повністю використали свої валентності, інакше кажучи, валентності атомів Карбону повністю насичені атомами Гідрогену. Такі сполуки називаються насиченими вуглеводнями (за старими назвами елементів — вуглець і водень). До них належить і метан.

У таблиці 7 наведено характеристики насичених вуглеводнів за зростанням кількості атомів Карбону в молекулах.

Назви перших чотирьох сполук цього ряду склалися історично, а починаючи з пентану утворюються від грецьких або латинських числівників додаванням суфікса -ан.

Таблиця 7

Характеристики насичених вуглеводнів

Назва алкану

Формула

Температура, °С

Густина, г/см3

молекулярна

скорочена структурна

плавлення

кипіння

Метан

СН4

-182

-162

Етан

С2Н6

СН3—СН3

-183

-89

Пропан

С3Н8

СН3—СН2—СН3

-188

-42

Бутан

С4Н10

СН3—(СН2)2—СН3

-138

-0,5

Пентан

С5Н12

СН3—(СН2)3—СН3

-130

36

0,63

Гексан

С6Н14

СН3—(СН2)4—СН3

-95

69

0,66

Гептан

С7Н16

СН3—(СН2)5—СН3

-91

98

0,68

Октан

С8Н18

СН3—(СН2)6—СН3

-57

126

0,70

Нонан

С9Н20

СН3—(СН2)7—СН3

-51

151

0,72

Декан

С10Н22

СН3—(СН2)8—СН3

-30

174

0,73

Лабораторний дослід 12

Виготовлення моделей молекул вуглеводнів

Моделі молекул можна зібрати з деталей стандартного набору заводського ґатунку або виготовити з пластиліну й сірників.

Вам знадобиться пластилін двох кольорів. Виготовте п'ять кульок одного кольору більшого діаметра (атоми Карбону) і дванадцять кульок іншого кольору й меншого діаметра (атоми Гідрогену).

Щоб зібрати модель молекули метану, до однієї кульки більшого діаметра приєднайте за допомогою сірників (хімічні зв'язки) кульки меншого діаметра. Для виготовлення моделей молекул гомологів метану послідовно сполучайте між собою кульки більшого діаметра та потрібну кількість кульок меншого діаметра. Пильнуйте, щоб атоми Карбону були чотиривалентні!

Фізичні властивості. Агрегатний стан речовин ряду, родоначальником якого є метан, змінюється поступово від газуватого до твердого (за нормальних умов) зі збільшенням кількості атомів Карбону в молекулі. Як свідчать константи, наведені у таблиці 8, перші чотири речовини за нормальних умов — гази, далі йдуть рідини, а починаючи з вуглеводню складу C18H38 (у таблиці не наведений) — тверді речовини (мал. 44). Насичені вуглеводні не розчиняються у воді, але розчинні в органічних розчинниках. Сполуки складу С5—С17 мають характерний «бензиновий» запах.

Мал. 44. Агрегатний стан гомологів метану

Пропан і бутан легко скраплюються за підвищеного тиску. Суміш цих газів (балонний газ) використовується в побуті як паливо.

Основне природне джерело насичених вуглеводнів — нафта.

Реакції окиснення. За хімічними властивостями ці вуглеводні подібні до метану, повністю окиснюються (горять) з утворенням вуглекислого газу і води:

• Складіть рівняння реакцій повного окиснення кількох інших насичених вуглеводнів.

Ці сполуки мають подібні властивості, хоча й різняться кількісним складом молекул. Уважно розглянувши таблицю 7, ви помітите, що ця різниця виражається кількістю груп CH2:

Сполуки, що мають подібну будову молекул і подібні хімічні властивості й різняться між собою за складом на одну чи кілька груп CH2, називають гомологами, а ряд таких сполук — гомологічним рядом (від грец. слова, що означає відповідність).

Група CH2 — гомологічна різниця складу.

Явище гомології дуже поширене серед органічних речовин. Розглянуті нами метан, етан, пропан, бутан та інші вуглеводні належать до гомологічного ряду метану.

Загальна формула насичених вуглеводнів CnH2n+2. Знаючи її, можна вивести формулу будь-якої з цих сполук. Наприклад, формула насиченого вуглеводню, що містить 15 атомів Карбону, С15Н32 (пентадекан).

Застосування. Як і метан (див. с. 77), його гомологи широко застосовують у різних галузях. Пропан і бутан — гази, що легко скраплюються. Це зумовлює їхнє використання у двигунах автомобілів, а також у побуті: у вигляді балонного газу для газових плит, у запальничках тощо. Ці сполуки, як і метан, є сировиною для добування багатьох органічних речовин, з яких, у свою чергу, отримують інші сполуки.

Парафін є сумішшю твердих вуглеводнів з числом атомів Карбону в молекулі від 18 до 35. Його використовують у медицині, виробництві мийних засобів, пластмас, свічок, жувальної гумки тощо (мал. 45).

Мал. 45. Парафін і озокерит застосовують у медицині

Медичне застосування має озокерит, або гірський віск, — викопна речовина нафтового походження, що є сумішшю вуглеводнів, смол, мінеральних речовин.

«БІОГРАФІЇ» ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Горючі гази, що виділяються з тріщин у земній поверхні, були відомі ще стародавнім римлянам. Нині досліджено, що у складі природних горючих газів переважають насичені вуглеводні, вони ж становлять значну частину складу нафти. З цих природних джерел добуто численні гомологи — від метану СН4 до тритриаконтану С33Н68.

Виділення болотного газу спостерігали також давно, рудниковий став відомим із XV ст., коли траплялися вибухи його в рудниках. Але лише 1785 р. було встановлено, що до складу болотного газу входять Карбон і Гідроген; ще через 20 років визначили кількісний склад газу, а ще через 40 років здійснили синтез метану в хімічній лабораторії.

Перші десять гомологів метану було синтезовано або виділено з природної сировини вже в середині XIX ст.

Висновки

• Гомологи метану належать до групи насичених вуглеводнів.

• Загальна формула насичених вуглеводнів CnH2n+2.

• Температури плавлення і кипіння парафінів зростають пропорційно зростанню їхніх молекулярних мас.

• У природі насичені вуглеводні містяться переважно в нафті.

• Насичені вуглеводні горять з утворенням вуглекислого газу і води.

Завдання для самоконтролю

  • 1. Які сполуки називають насиченими вуглеводнями?
  • 2. Які сполуки називають гомологами? Наведіть приклади (назви, молекулярні формули сполук).
  • 3. Наведіть загальну формулу гомологів метану.
  • 4. Складіть молекулярну, структурну (скорочену) формули гомолога метану, що містить 12 атомів Карбону.
  • 5. Як називається насичений вуглеводень, що має відносну молекулярну масу 114? 72?
  • 6. Укажіть, які зі структурних формул відповідають гексану:

  • 7. Чи можна змити водою нафтову пляму з тканини?
  • 8. Поясніть, чи існує залежність між агрегатним станом гомологів метану і їхньою відносною молекулярною масою.
  • 9. Назвіть спільні й відмінні ознаки гомологів.
  • 10. Яка хімічна реакція властива насиченим вуглеводням? Наведіть приклади хімічних рівнянь.
  • 11. Парафін для свічок складається переважно з гомолога метану, що містить у молекулі 25 атомів Карбону. Складіть молекулярну формулу сполуки та рівняння реакції її горіння.

Додаткові завдання

  • 12. Намалюйте графік зміни температури кипіння гомологів метану. Продовжіть графік пунктиром. Яку температуру кипіння можна припустити для сполуки складу C14H30?
  • 13. Користуючись довідником, спробуйте виявити закономірність у зміні густини в ряду гомологів метану.
  • 14. Проаналізуйте дані, наведені в таблиці 8. Яким чином теплота згоряння пов'язана зі складом молекул насичених вуглеводнів?

Таблиця 8

Теплота згоряння вуглеводнів

Назва

Формула

Теплота згоряння, кДж/моль

Метан

СН4

890

Етан

C2H6

1560

Пропан

C3H8

2220

Бутан

C4H10

2878

Пентан

C5H12

3536

Гексан

C6H14

4141

Гептан

C7H16

4817

Октан

C8H18

5474

  • 15. Чому, на вашу думку, в побутових газових балонах використовують пропан-бутанову суміш, а не метан?
  • 16. Як уникнути утворення кіптяви на посуді під час приготування їжі на газовій плиті?
  • 17. Насичені вуглеводні застосовують у різних галузях: як паливо, сировину для синтезу інших речовин, у медицині тощо. Користуючись додатковими джерелами інформації, підготуйте повідомлення про застосування цих сполук.
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.