Alkanes ni mifano ya dutu. Hidrokaboni zilizojaa

Kwa mtazamo wa kemikali, alkanes ni hidrokaboni, yaani, fomula ya jumla ya alkanes inajumuisha atomi za kaboni na hidrojeni pekee. Mbali na ukweli kwamba misombo hii haina makundi yoyote ya kazi, huundwa tu kwa njia ya vifungo moja. Hidrokaboni vile huitwa saturated.

Aina za Alkanes

Alkanes zote zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili vikubwa:

Mchanganyiko wa Aliphatic. Muundo wao una aina ya mnyororo wa mstari, fomula ya jumla ya alkanes aliphatic ni C n H 2n+2, ambapo n ni idadi ya atomi za kaboni kwenye mnyororo.
Cycloalkanes. Misombo hii ina muundo wa mzunguko, ambayo husababisha mali zao za kemikali kutofautiana kwa kiasi kikubwa kutoka kwa misombo ya mstari. Hasa, muundo wa muundo wa alkanes wa aina hii hufanya mali zao kuwa sawa na alkynes, yaani, hidrokaboni na dhamana tatu kati ya atomi za kaboni.

Muundo wa elektroniki wa misombo ya aliphatic

Kundi hili la alkanes linaweza kuwa na mnyororo wa hidrokaboni wa mstari au wenye matawi. Shughuli zao za kemikali ni za chini ikilinganishwa na misombo mingine ya kikaboni, kwani vifungo vyote ndani ya molekuli vimejaa.

Fomula ya molekuli ya alkanes aliphatic inaonyesha kuwa dhamana yao ya kemikali ina mseto wa sp 3. Hii ina maana kwamba vifungo vyote vinne vya ushirikiano karibu na atomi ya kaboni ni sawa kabisa katika sifa zao (kijiometri na nishati). Kwa aina hii ya mseto, makombora ya elektroni ya viwango vya s na p vya atomi za kaboni yana umbo sawa la dumbbell.

Kati ya atomi za kaboni kifungo katika mnyororo ni covalent, na kati ya atomi kaboni na hidrojeni ni sehemu polarized, wakati msongamano elektroni inayotolewa kwa kaboni, kama kwa kipengele zaidi electronegative.

Inafuata kwamba katika molekuli zao kuna vifungo vya C-C na C-H tu. Ya kwanza huundwa na mwingiliano wa obiti mbili za elektroni zilizochanganywa sp 3 za atomi mbili za kaboni, na za mwisho huundwa kwa mwingiliano wa s orbital ya hidrojeni na sp 3 orbital ya kaboni. Urefu wa dhamana ya C-C ni 1.54 angstroms, na urefu wa bondi ya C-H ni 1.09 angstroms.

Jiometri ya molekuli ya methane

Methane ndiyo alkane rahisi zaidi, inayojumuisha atomi moja tu ya kaboni na atomi nne za hidrojeni.

Kwa sababu ya usawa wa nishati ya obiti zake tatu za 2p na 2s, zilizopatikana kama matokeo ya mseto wa sp 3, orbital zote kwenye nafasi ziko kwa pembe moja kwa kila mmoja. Ni sawa na 109.47 °. Kama matokeo ya muundo kama huu wa Masi, kitu kama piramidi ya usawa wa pembetatu huundwa angani.

Alkanes rahisi

Alkane rahisi zaidi ni methane, ambayo ina atomi moja ya kaboni na atomi nne za hidrojeni. Kufuatia methane katika mfululizo wa alkanes, propane, ethane na butane huundwa na atomi tatu, mbili na nne za kaboni, kwa mtiririko huo. Kuanzia na atomi tano za kaboni kwenye mnyororo, misombo hiyo inaitwa kulingana na utaratibu wa majina wa IUPAC.

Jedwali na fomula za alkanes na majina yao yamepewa hapa chini:

Wakati atomi moja ya hidrojeni inapotea kutoka kwa molekuli ya alkane, radical hai huundwa, ambayo mwisho wake hubadilika kutoka "an" hadi "yl", kwa mfano, ethane C 2 H 6 - ethyl C 2 H 5. Muundo wa muundo wa alkane ethane unaonyeshwa kwenye picha.

Nomenclature ya misombo ya kikaboni

Sheria za kuamua majina ya alkanes na michanganyiko kulingana nazo zimeanzishwa na nomenclature ya kimataifa ya IUPAC. Kwa misombo ya kikaboni sheria zifuatazo zinatumika:

Jina la kiwanja cha kemikali linatokana na jina la mlolongo wake mrefu zaidi wa atomi za kaboni.
Kuhesabu atomi za kaboni inapaswa kuanza kutoka mwisho, karibu na ambayo mnyororo huanza tawi.
Ikiwa kiwanja kina minyororo ya kaboni miwili au zaidi ya urefu sawa, basi ile ambayo ina radicals chache zaidi na ina muundo rahisi huchaguliwa kama kuu.
Ikiwa kuna vikundi viwili au zaidi vinavyofanana vya radicals katika molekuli, basi viambishi awali vinavyolingana hutumiwa kwa jina la kiwanja, ambacho mara mbili, tatu, na kadhalika majina ya radicals haya. Kwa mfano, badala ya maneno "3-methyl-5-methyl", "3,5-dimethyl" hutumiwa.
Radikali zote zimeandikwa kwa mpangilio wa alfabeti kwa jina la jumla la mchanganyiko, na viambishi awali hazizingatiwi. Radical ya mwisho imeandikwa pamoja na jina la mnyororo yenyewe.
Nambari zinazoonyesha nambari za radicals katika mlolongo hutenganishwa na majina kwa hyphen, na nambari zenyewe zimeandikwa zikitenganishwa na koma.

Kufuatia sheria za utaratibu wa majina wa IUPAC hufanya iwe rahisi kuamua fomula ya molekuli ya alkane, kwa mfano, 2,3-dimethylbutane ina fomu ifuatayo.

Tabia za kimwili

Sifa za kimaumbile za alkanes kwa kiasi kikubwa hutegemea urefu wa mnyororo wa kaboni unaounda kiwanja fulani. Tabia kuu ni zifuatazo:

Wawakilishi wanne wa kwanza, kwa mujibu wa formula ya jumla ya alkanes, ni katika hali ya gesi chini ya hali ya kawaida, yaani, butane, methane, propane na ethane. Kuhusu pentane na hexane, tayari zipo katika mfumo wa maji, na kuanzia na atomi saba za kaboni, alkanes ni yabisi.
Wakati urefu wa mnyororo wa kaboni unavyoongezeka, wiani wa kiwanja huongezeka, pamoja na joto lake la mabadiliko ya awamu ya kwanza, yaani, joto la kuyeyuka na kuchemsha.
Kwa kuwa polarity ya dhamana ya kemikali katika formula ya dutu ya alkanes haina maana, hawana kufuta katika vinywaji vya polar, kwa mfano, katika maji.
Ipasavyo, zinaweza kutumika kama vimumunyisho vyema vya misombo kama vile mafuta yasiyo ya polar, mafuta na nta.
Jiko la gesi la nyumbani hutumia mchanganyiko wa alkanes, matajiri katika mwanachama wa tatu wa mfululizo wa kemikali - propane.
Wakati alkanes huwaka katika oksijeni, kiasi kikubwa cha nishati hutolewa kwa namna ya joto, kwa hiyo misombo hii hutumiwa kama mafuta yanayoweza kuwaka.

Tabia za kemikali

Kwa sababu ya uwepo wa vifungo thabiti katika molekuli za alkane, utendakazi wao ni mdogo kwa kulinganisha na misombo mingine ya kikaboni.

Alkanes kivitendo haifanyiki na misombo ya kemikali ya ionic na polar. Wanatenda kwa inertly katika ufumbuzi wa asidi na besi. Alkanes huguswa tu na oksijeni na halojeni: katika kesi ya kwanza tunazungumza juu ya michakato ya oxidation, kwa pili - juu ya michakato ya uingizwaji. Pia zinaonyesha shughuli fulani za kemikali katika athari na metali za mpito.

Katika athari hizi zote za kemikali, matawi ya mnyororo wa kaboni ya alkanes, ambayo ni, uwepo wa vikundi vikali ndani yao, ina jukumu muhimu. Zaidi kuna, zaidi ya angle bora kati ya vifungo vya 109.47 ° katika muundo wa anga wa mabadiliko ya molekuli, ambayo husababisha kuundwa kwa matatizo ndani yake na, kwa sababu hiyo, huongeza shughuli za kemikali za kiwanja hicho.

Mwitikio wa alkanes rahisi na oksijeni hutokea kulingana na mpango ufuatao: C n H 2n+2 + (1.5n+0.5)O 2 → (n+1)H 2 O+ nCO 2 .

Mfano wa mmenyuko na klorini unaonyeshwa kwenye picha hapa chini.

Hatari ya alkanes kwa asili na wanadamu

Heptane, pentane na hexane ni vimiminika vinavyoweza kuwaka sana na ni hatari kwa mazingira na afya ya binadamu kwa sababu ni sumu.

UFAFANUZI

Alkanes- hidrokaboni zilizojaa (aliphatic), muundo ambao unaonyeshwa na formula C n H 2 n +2.

Alkanes huunda safu ya homologous, kila kiwanja cha kemikali ambacho hutofautiana katika utungaji kutoka kwa ijayo na ya awali kwa idadi sawa ya atomi za kaboni na hidrojeni - CH 2, na vitu vilivyojumuishwa katika mfululizo wa homologous huitwa homologues. Msururu wa aina moja wa alkanes umewasilishwa katika Jedwali 1.

Jedwali 1. Mfululizo wa homologous wa alkanes.

Katika molekuli za alkane, msingi (yaani kuunganishwa na kifungo kimoja), sekondari (yaani kuunganishwa na vifungo viwili), ya juu (yaani iliyounganishwa na vifungo vitatu) na quaternary (yaani iliyounganishwa na vifungo vinne) atomi za kaboni zinajulikana.

C 1 H3 – C 2 H 2 – C 1 H 3 (1 – msingi, 2 – atomi za pili za kaboni)

CH 3 –C 3 H(CH 3) – CH 3 (atomi ya kaboni ya kiwango cha 3)

CH 3 – C 4 (CH 3) 3 – CH 3 (chembe ya kaboni 4-quaternary)

Alkanes ni sifa ya isomerism ya kimuundo (isomerism ya mifupa ya kaboni). Kwa hivyo, pentane ina isoma zifuatazo:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (pentane)

CH 3 –CH(CH 3)-CH 2 -CH 3 (2-methylbutane)

CH 3 -C(CH 3) 2 -CH 3 (2,2 – dimethylpropane)

Alkanes, kuanzia heptane, ina sifa ya isomerism ya macho.

Atomi za kaboni katika hidrokaboni zilizojaa ziko katika mseto wa sp 3. Pembe kati ya vifungo katika molekuli za alkane ni 109.5.

Tabia za kemikali za alkanes

Katika hali ya kawaida, alkanes ni ajizi ya kemikali - hazifanyi na asidi au alkali. Hii inaelezwa na nguvu ya juu ya vifungo vya C-C na C-H. Vifungo vya C-C na C-H visivyo vya polar vinaweza tu kukatwa kihomolitiki chini ya ushawishi wa itikadi kali amilifu. Kwa hiyo, alkanes huingia katika athari zinazoendelea na utaratibu wa uingizwaji wa radical. Katika athari kali, atomi za hidrojeni hubadilishwa kwanza kwenye atomi za kaboni za juu, kisha kwenye atomi za kaboni za sekondari na za msingi.

Athari za uingizwaji kali zina asili ya mnyororo. Hatua kuu: nucleation (kuanzishwa) ya mnyororo (1) - hutokea chini ya ushawishi wa mionzi ya UV na husababisha kuundwa kwa radicals bure, ukuaji wa mnyororo (2) - hutokea kutokana na kuondolewa kwa atomi ya hidrojeni kutoka kwa molekuli ya alkane. ; kusitisha mnyororo (3) - hutokea wakati radicals mbili zinazofanana au tofauti zinapogongana.

X:X → 2X . (1)

R:H+X . → HX + R . (2)

R . + X:X → R:X + X . (2)

R . + R . → R:R (3)

R . +X . → R:X (3)

X . +X . → X:X (3)

Halojeni. Wakati alkanes huingiliana na klorini na bromini chini ya hatua ya mionzi ya UV au joto la juu, mchanganyiko wa bidhaa kutoka kwa mono- hadi polyhalogen-badala ya alkanes huundwa:

CH 3 Cl +Cl 2 = CH 2 Cl 2 + HCl (dichloromethane)

CH 2 Cl 2 + Cl 2 = CHCl 3 + HCl (trichloromethane)

CHCl 3 +Cl 2 = CCl 4 + HCl (tetrakloridi kaboni)

Nitration (majibu ya Konovalov). Wakati asidi ya nitriki iliyoyeyushwa hutenda kwenye alkanes kwa 140C na shinikizo la chini, mmenyuko mkali hutokea:

CH 3 -CH 3 +HNO 3 = CH 3 -CH 2 -NO 2 (nitroethane) + H 2 O

Sulfochlorination na sulfoxidation. Sulfoni ya moja kwa moja ya alkanes ni ngumu na mara nyingi huambatana na oxidation, na kusababisha malezi ya kloridi ya alkanesulfonyl:

R-H + SO 2 + Cl 2 → R-SO 3 Cl + HCl

Mmenyuko wa oxidation ya sulfonic huendelea vivyo hivyo, tu katika kesi hii asidi ya alkanesulfoniki huundwa:

R-H + SO 2 + ½ O 2 → R-SO 3 H

Kupasuka- mgawanyiko mkubwa wa vifungo vya C-C. Inatokea wakati wa joto na mbele ya vichocheo. Wakati alkanes za juu zimepasuka, alkene huundwa; methane na ethane zinapopasuka, asetilini huundwa:

C 8 H 18 = C 4 H 10 (butane) + C 3 H 8 (propane)

2CH 4 = C 2 H 2 (asetilini) + 3H 2

Oxidation. Uoksidishaji mdogo wa methane na oksijeni ya anga inaweza kutoa methanoli, aldehyde ya fomu au asidi ya fomu. Katika hewa, alkanes huwaka hadi kaboni dioksidi na maji:

C n H 2 n +2 + (3n+1)/2 O 2 = nCO 2 + (n+1)H 2 O

Mali ya kimwili ya alkanes

Katika hali ya kawaida, C 1 -C 4 ni gesi, C 5 -C 17 ni kioevu, na kuanzia C 18 ni yabisi. Alkane kwa kweli haziyeyuki katika maji, lakini huyeyushwa sana katika vimumunyisho visivyo vya polar, kama vile benzene. Kwa hivyo, methane CH 4 (bwawa, gesi ya mgodi) ni gesi isiyo na rangi na isiyo na harufu, mumunyifu sana katika ethanol, etha, hidrokaboni, lakini mumunyifu hafifu katika maji. Methane hutumiwa kama mafuta yenye kalori nyingi katika gesi asilia, kama malighafi kwa utengenezaji wa hidrojeni, asetilini, klorofomu na vitu vingine vya kikaboni kwa kiwango cha viwanda.

Propani C 3 H 8 na butane C 4 H 10 ni gesi zinazotumiwa katika maisha ya kila siku kama gesi za chupa kwa sababu ya kuyeyushwa kwa urahisi. Propani hutumiwa kama mafuta ya gari kwa sababu ni rafiki wa mazingira zaidi kuliko petroli. Butane ni malighafi kwa ajili ya uzalishaji wa 1,3-butadiene, ambayo hutumiwa katika uzalishaji wa mpira wa synthetic.

Maandalizi ya alkanes

Alkanes hupatikana kutoka kwa vyanzo vya asili - gesi asilia (80-90% - methane, 2-3% - ethane na hidrokaboni zingine zilizojaa), makaa ya mawe, peat, kuni, mafuta na nta ya mwamba.

Kuna njia za maabara na za viwandani za kutengeneza alkanes. Katika tasnia, alkanes hupatikana kutoka kwa makaa ya mawe ya bituminous (1) au kwa mmenyuko wa Fischer-Tropsch (2):

nC + (n+1)H 2 = C n H 2 n +2 (1)

nCO + (2n+1)H 2 = C n H 2 n +2 + H 2 O (2)

Mbinu za kimaabara za kutengeneza alkanes ni pamoja na: utiaji hidrojeni wa hidrokaboni isokefu kwa kupokanzwa na mbele ya vichocheo (Ni, Pt, Pd) (1), mwingiliano wa maji na misombo ya organometallic (2), elektrolisisi ya asidi ya kaboksili (3), na athari za decarboxylation (4) na Wurtz (5) na kwa njia zingine.

R 1 -C≡C-R 2 (alkyne) → R 1 -CH = CH-R 2 (alkene) → R 1 -CH 2 - CH 2 -R 2 (alkane) (1)

R-Cl + Mg → R-Mg-Cl + H 2 O → R-H (alkane) + Mg(OH)Cl (2)

CH 3 COONA↔ CH 3 COO — + Na +

2CH 3 COO - → 2CO 2 + C 2 H 6 (ethane) (3)

CH 3 COONA + NaOH → CH 4 + Na 2 CO 3 (4)

R 1 -Cl +2Na +Cl-R 2 →2NaCl + R 1 -R 2 (5)

Mifano ya kutatua matatizo

MFANO 1

Zoezi

Amua wingi wa klorini inayohitajika kwa klorini ya hatua ya kwanza ya lita 11.2 za methane.

Suluhisho

Hebu tuandike equation ya majibu kwa hatua ya kwanza ya klorini ya methane (yaani, katika mmenyuko wa halojeni, atomi moja tu ya hidrojeni inabadilishwa, na kusababisha kuundwa kwa derivative ya monochlorine):

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (kloridi ya methane)

Wacha tupate kiasi cha dutu ya methane:

v(CH 4) = V(CH 4)/V m

v(CH 4) = 11.2/22.4 = 0.5 mol

Kulingana na equation ya mmenyuko, idadi ya moles ya klorini na idadi ya moles ya methane ni sawa na 1 mol, kwa hivyo, idadi ya vitendo ya moles ya klorini na methane pia itakuwa sawa na itakuwa sawa na:

v (Cl 2) = v(CH 4) = 0.5 mol

Kujua kiasi cha dutu ya klorini, unaweza kupata wingi wake (ambayo ni nini kinachowekwa katika swali la tatizo). Wingi wa klorini huhesabiwa kama bidhaa ya kiasi cha dutu ya klorini na misa yake ya molar (molekuli ya molekuli 1 ya klorini; molekuli ya molekuli huhesabiwa kwa kutumia jedwali la vipengele vya kemikali na D.I. Mendeleev). Uzito wa klorini utakuwa sawa na:

m(Cl 2) = v(Cl 2)×M(Cl 2)

m (Cl 2) = 0.5 × 71 = 35.5 g

Jibu

Uzito wa klorini ni 35.5 g

I. ALKANES (hidrokaboni zilizojaa, parafini)

Alkane ni hidrokaboni zilizojaa alifatiki (acyclic) ambamo atomi za kaboni huunganishwa pamoja kwa vifungo rahisi (moja) katika minyororo iliyonyooka au yenye matawi.

Alkanes- jina la hidrokaboni zilizojaa kulingana na nomenclature ya kimataifa.
Mafuta ya taa- jina lililoanzishwa kihistoria linaloonyesha sifa za misombo hii (kutoka Lat. parrum affinis- kuwa na mshikamano mdogo, shughuli za chini).
Kikomo, au iliyojaa, hidrokaboni hizi zimepewa jina kutokana na kueneza kamili kwa mnyororo wa kaboni na atomi za hidrojeni.

Wawakilishi rahisi zaidi wa alkanes:

Wakati wa kulinganisha misombo hii, ni wazi kwamba hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa kikundi -CH 2 - (methylene) Kuongeza kikundi kingine kwa propane -CH 2 -, tunapata butane C 4 H 10, kisha alkanes C 5 H 12, C 6 H 14 na kadhalika.

Sasa tunaweza kupata formula ya jumla ya alkanes. Idadi ya atomi za kaboni katika mfululizo wa alkanes inachukuliwa kuwa n , basi idadi ya atomi za hidrojeni itakuwa 2n+2 . Kwa hiyo, muundo wa alkanes unafanana na formula ya jumla C n H 2n+2.
Kwa hivyo, ufafanuzi ufuatao hutumiwa mara nyingi:

Alkanes- hidrokaboni, muundo ambao unaonyeshwa na formula ya jumla C n H 2n+2, Wapi n - idadi ya atomi za kaboni.

II. Muundo wa alkanes

Muundo wa kemikali(utaratibu wa uunganisho wa atomi katika molekuli) ya alkanes rahisi zaidi - methane, ethane na propane - zinaonyeshwa na fomula zao za kimuundo. Kutoka kwa fomula hizi ni wazi kuwa kuna aina mbili za vifungo vya kemikali katika alkanes:
S–S Na S–H.
Dhamana ya C-C ni covalent nonpolar. Dhamana ya C–H ni ya ushirikiano, yenye polar dhaifu, kwa sababu kaboni na hidrojeni ziko karibu katika uwezo wa elektronegativity (2.5 kwa kaboni na 2.1 kwa hidrojeni). Uundaji wa vifungo vya ushirikiano katika alkanes kutokana na jozi za elektroni za pamoja za atomi za kaboni na hidrojeni zinaweza kuonyeshwa kwa kutumia fomula za kielektroniki:

Fomula za kielektroniki na za kimuundo zinaonyesha muundo wa kemikali, lakini usitoe wazo kuhusu muundo wa anga wa molekuli, ambayo huathiri kwa kiasi kikubwa mali ya dutu.
Muundo wa anga, i.e. mpangilio wa jamaa wa atomi za molekuli katika nafasi hutegemea mwelekeo wa obiti za atomiki (AO) za atomi hizi. Katika hidrokaboni, jukumu kuu linachezwa na mwelekeo wa anga wa obiti za atomiki za kaboni, kwani spherical 1s-AO ya atomi ya hidrojeni haina mwelekeo maalum.
Mpangilio wa anga wa kaboni AO, kwa upande wake, inategemea aina ya mseto wake. Atomu ya kaboni iliyojaa katika alkanes inaunganishwa kwa atomi nyingine nne. Kwa hiyo, hali yake inalingana na sp 3 mseto. Katika hali hii, kila moja ya AO nne za sp 3 -hybrid carbon AOs inashiriki katika kuingiliana kwa axial (σ-) na s-AO ya hidrojeni au na sp 3 -AO ya atomi nyingine ya kaboni, na kutengeneza vifungo vya σ-CH au C-C.

Vifungo vinne vya σ-vifungo vya kaboni vinaelekezwa katika nafasi kwa pembe ya 109 kuhusu 28 ", ambayo inalingana na uzuiaji mdogo wa elektroni. Kwa hiyo, molekuli ya mwakilishi rahisi zaidi wa alkanes - methane CH4 - ina sura ya tetrahedron; katikati yake kuna chembe ya kaboni, na kwenye vipeo kuna atomi za hidrojeni:

Pembe ya dhamana ya H-C-H ni 109°28". Muundo wa anga wa methane unaweza kuonyeshwa kwa kutumia mifano ya volumetric (wadogo) na mpira-na-fimbo.

Kwa kurekodi, ni rahisi kutumia formula ya anga (stereochemical).

Katika molekuli ya homologue inayofuata - ethane C 2 H 6 - tetrahedral mbili sp Atomi 3 za kaboni huunda muundo mgumu zaidi wa anga:

2. Ikiwa katika molekuli za muundo sawa na muundo sawa wa kemikali nafasi tofauti za jamaa za atomi katika nafasi zinawezekana, basi tunaona. isomerism ya anga (stereoisomerism). Katika kesi hii, matumizi ya fomula za kimuundo haitoshi na mifano ya Masi au fomula maalum - stereochemical (spatial) au makadirio - inapaswa kutumika.
Alkanes, kuanzia ethane H 3 C–CH 3, zipo katika aina mbalimbali za anga ( conformations), unaosababishwa na mzunguko wa intramolecular pamoja na vifungo vya C-C σ, na kuonyesha kinachojulikana isomerism ya mzunguko (conformational)..
Isoma za mzunguko wa molekuli ni hali zake zisizo sawa kwa nguvu. Uongofu wao hutokea haraka na mara kwa mara kama matokeo ya harakati za joto. Kwa hiyo, isoma za rotary haziwezi kutengwa kwa fomu ya mtu binafsi, lakini kuwepo kwao kumethibitishwa na mbinu za kimwili. Baadhi ya miunganisho ni thabiti zaidi (inafaa kwa nguvu) na molekuli inabaki katika hali kama hizo kwa muda mrefu zaidi.

3. Kwa kuongeza, ikiwa molekuli ina atomi ya kaboni iliyounganishwa na vibadala 4 tofauti, aina nyingine ya isomerism ya anga inawezekana -isomerism ya macho.
Kwa mfano:

basi kuwepo kwa misombo miwili yenye muundo sawa wa muundo, lakini tofauti katika muundo wa anga, inawezekana. Molekuli za misombo kama hii zinahusiana kama kitu na picha yake ya kioo na ni isoma za anga.
Aina hii ya isomerism inaitwa macho; isoma huitwa isoma za macho au antipodes za macho:

Molekuli za isoma za macho hazioani katika nafasi (kama mikono ya kushoto na kulia); hazina ndege ya ulinganifu.
Hivyo,
Isoma za macho zina sifa sawa za kimwili na kemikali, lakini hutofautiana katika uhusiano wao na mwanga wa polarized. Isoma kama hizo zina shughuli za macho (mmoja wao huzunguka ndege ya mwanga wa polar kwa kushoto, na nyingine kwa pembe sawa na kulia). Tofauti katika mali ya kemikali huzingatiwa tu katika athari na vitendanishi vya optically kazi.
Isoma ya macho inajidhihirisha katika vitu vya kikaboni vya madarasa mbalimbali na ina jukumu muhimu sana katika kemia ya misombo ya asili.

Mojawapo ya aina za kwanza za misombo ya kemikali iliyosomwa katika mtaala wa kemia ya kikaboni ya shule ni alkanes. Wao ni wa kundi la hidrokaboni zilizojaa (zingine zinajulikana kama aliphatic). Molekuli zao zina vifungo moja tu. Atomi za kaboni zina sifa ya mseto wa sp³.

Homologues ni dutu za kemikali ambazo zina mali ya kawaida na muundo wa kemikali, lakini hutofautiana katika kikundi kimoja au zaidi cha CH2.

Kwa upande wa methane CH4, fomula ya jumla ya alkanes inaweza kutolewa: CnH (2n+2), ambapo n ni idadi ya atomi za kaboni katika kiwanja.

Hapa kuna jedwali la alkanes ambalo n iko katika safu kutoka 1 hadi 10.

Isomerism ya alkanes

Isoma ni vitu ambavyo formula ya molekuli ni sawa, lakini muundo au muundo wake ni tofauti.

Darasa la alkanes lina sifa ya aina 2 za isomerism: mifupa ya kaboni na isomerism ya macho.

Hebu tutoe mfano wa isomeri ya muundo (yaani, dutu ambayo inatofautiana tu katika muundo wa mifupa ya kaboni) kwa butane C4H10.

Isoma za macho ni vitu viwili ambavyo molekuli zao zina muundo sawa, lakini haziwezi kuunganishwa katika nafasi. Jambo la isomerism ya macho au kioo hutokea katika alkanes, kuanzia na heptane C7H16.

Ili kumpa alkane jina sahihi, Neno la majina la IUPAC lazima litumike. Ili kufanya hivyo, tumia mlolongo ufuatao wa vitendo:

Kutumia mpango hapo juu, tutajaribu kutaja alkane inayofuata.

Katika hali ya kawaida, alkanes zisizo na matawi kutoka CH4 hadi C4H10 ni dutu za gesi, kutoka C5H12 hadi C13H28 ni kioevu na zina harufu maalum, zote zinazofuata ni imara. Inageuka kuwa Kadiri urefu wa mnyororo wa kaboni unavyoongezeka, viwango vya kuchemsha na kuyeyuka huongezeka. Kadiri muundo wa alkane unavyokuwa na matawi, ndivyo joto la chini ambalo huchemka na kuyeyuka.

Alkanes za gesi hazina rangi. Na pia wawakilishi wote wa darasa hili hawawezi kufuta katika maji.

Alkanes ambazo zina hali ya gesi zinaweza kuwaka, na mwali hautakuwa na rangi au kuwa na tint ya rangi ya bluu.

Tabia za kemikali

Katika hali ya kawaida, alkanes hazifanyi kazi kabisa. Hii inafafanuliwa na nguvu ya vifungo vya σ kati ya atomi za C-C na C-H. Kwa hiyo, ni muhimu kutoa hali maalum (kwa mfano, joto la juu au mwanga) ili kufanya majibu ya kemikali iwezekanavyo.

Majibu ya uingizwaji

Majibu ya aina hii ni pamoja na halojeni na nitration. Halojeni (mwitikio na Cl2 au Br2) hutokea wakati inapokanzwa au kufunuliwa kwa mwanga. Wakati wa majibu, ambayo huendelea kwa sequentially, haloalkanes huundwa.

Kwa mfano, tunaweza kuandika majibu ya klorini ya ethane.

Ufungaji utaendelea kwa njia ile ile.

Nitration ni mmenyuko na ufumbuzi dhaifu (10%) wa HNO3 au kwa oksidi ya nitriki (IV) NO2. Masharti ya kutekeleza athari ni joto 140 ° C na shinikizo.

C3H8 + HNO3 = C3H7NO2 + H2O.

Matokeo yake, bidhaa mbili zinaundwa - maji na amino asidi.

Athari za mtengano

Wakati wa kufanya athari za kuoza, joto la juu huhitajika kila wakati. Hii ni muhimu ili kuvunja vifungo kati ya atomi za kaboni na hidrojeni.

Kwa hiyo, wakati wa kupasuka joto la kati ya 700 hadi 1000 °C litahitajika. Wakati wa majibu, vifungo vya -C-C- vinaharibiwa, alkane mpya na alkene huundwa:

C8H18 = C4H10 + C4H8

Isipokuwa ni kupasuka kwa methane na ethane. Kama matokeo ya athari hizi, hidrojeni hutolewa na alkyne asetilini huundwa. Sharti ni joto hadi 1500 ° C.

C2H4 = C2H2 + H2

Ikiwa unazidi joto la 1000 ° C, unaweza kufikia pyrolysis na kupasuka kamili kwa vifungo kwenye kiwanja:

Wakati wa pyrolysis ya propyl, kaboni C ilitolewa na hidrojeni H2 pia ilitolewa.

Athari za dehydrogenation

Dehydrogenation (kuondolewa kwa hidrojeni) hutokea tofauti kwa alkanes tofauti. Hali ya mmenyuko ni joto kutoka 400 hadi 600 ° C, pamoja na kuwepo kwa kichocheo, ambacho kinaweza kuwa nickel au platinamu.

Alkene huundwa kutoka kwa kiwanja kilicho na atomi 2 au 3 C kwenye mifupa yake ya kaboni:

C2H6 = C2H4 + H2.

Ikiwa kuna atomi 4-5 za kaboni kwenye mlolongo wa molekuli, basi baada ya dehydrogenation utapata alkadiene na hidrojeni.

C5H12 = C4H8 + 2H2.

Kuanzia na hexane, mmenyuko huzalisha benzini au derivatives yake.

C6H14 = C6H6 + 4H2

Pia inafaa kutaja ni athari ya ubadilishaji inayofanywa kwa methane kwa joto la 800 ° C na mbele ya nikeli:

CH4 + H2O = CO + 3H2

Ugeuzaji sio kawaida kwa alkanes zingine.

Oxidation na mwako

Ikiwa alkane, inapokanzwa kwa joto la si zaidi ya 200 ° C, humenyuka na oksijeni mbele ya kichocheo, basi, kulingana na hali nyingine za athari, bidhaa zinazosababishwa zitatofautiana: hizi zinaweza kuwa wawakilishi wa madarasa ya aldehydes, asidi ya kaboksili, alkoholi au ketoni.

Katika kesi ya oxidation kamili, alkane huwaka hadi bidhaa za mwisho - maji na CO2:

C9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10H2O

Ikiwa kiasi cha oksijeni haitoshi wakati wa oxidation, bidhaa ya mwisho itakuwa makaa ya mawe au CO badala ya dioksidi kaboni.

Kufanya isomerization

Ikiwa unatoa joto la digrii 100-200, mmenyuko wa kupanga upya unawezekana kwa alkanes zisizo na matawi. Sharti la pili la isomerization ni uwepo wa kichocheo cha AlCl3. Katika kesi hii, muundo wa molekuli ya dutu hubadilika na isoma yake huundwa.

Muhimu sehemu ya alkanes hupatikana kwa kuwatenga kutoka kwa malighafi ya asili. Mara nyingi, gesi asilia inasindika, sehemu kuu ambayo ni methane, au mafuta inakabiliwa na kupasuka na kurekebisha.

Unapaswa pia kukumbuka mali ya kemikali ya alkenes. Katika daraja la 10, mojawapo ya mbinu za kwanza za maabara zilizosomwa katika masomo ya kemia ni hidrojeni ya hidrokaboni isiyojaa.

C3H6 + H2 = C3H8

Kwa mfano, kama matokeo ya kuongeza ya hidrojeni kwa propylene, bidhaa moja hupatikana - propane.

Kwa kutumia mmenyuko wa Wurtz, alkanes hupatikana kutoka kwa monohaloalkanes, katika mlolongo wa muundo ambao idadi ya atomi za kaboni huongezeka mara mbili:

2CH4H9Br + 2Na = C8H18 + 2NaBr.

Njia nyingine ya maandalizi ni mwingiliano wa chumvi ya asidi ya carboxylic na alkali inapokanzwa:

C2H5COONA + NaOH = Na2CO3 + C2H6.

Kwa kuongezea, methane wakati mwingine hutolewa kwenye safu ya umeme (C + 2H2 = CH4) au kwa kujibu carbudi ya alumini na maji:

Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al (OH)3.

Alkanes hutumiwa sana katika tasnia kama mafuta ya bei ya chini. Pia hutumiwa kama malighafi kwa usanisi wa vitu vingine vya kikaboni. Kwa kusudi hili, methane, ambayo ni muhimu kwa gesi ya awali, hutumiwa kwa kawaida. Hidrokaboni zingine zilizojaa hutumiwa kutengeneza mafuta ya sintetiki, na pia kama msingi wa vilainishi.

Kwa uelewa mzuri wa mada "Alkanes", zaidi ya somo moja la video limeundwa, ambalo mada kama vile muundo wa jambo, isoma na nomenclature zinajadiliwa kwa undani, na vile vile mifumo ya athari za kemikali inaonyeshwa.

.
Alkanes ni jina la hidrokaboni zilizojaa kulingana na utaratibu wa majina wa kimataifa. Mafuta ya taa ni jina lililohifadhiwa kihistoria kwa hidrokaboni zilizojaa.

Katika molekuli za misombo hii, vifungo vyote vya valence vya kaboni na hidrojeni vimejaa kabisa. Hii ndiyo sababu hidrokaboni hizi hazina uwezo wa kuongeza athari. Katika suala hili, darasa hili la hidrokaboni linaweza kufafanuliwa kama ifuatavyo.
Hydrocarbons na formula ya jumla C n H 2n+2, ambayo haiongezei hidrojeni na vipengele vingine, huitwa. hidrokaboni iliyojaa au alkanes (parafini).

Mwakilishi rahisi zaidi wa hidrokaboni iliyojaa ni methane.

Muundo wa molekuli ya methane.

Fomula ya molekuli ya methane ni CH 4.
Kwa kuwa mseto unahusisha s- elektroni na tatu uk- elektroni, basi aina hii inaitwa sp 3 - mseto.
Pembe ya dhamana: 109 digrii.

Homologues ya methane.

Kuna hidrokaboni nyingi sawa na methane, i.e. homologues za methane ("homolog" ya Kigiriki - sawa). Molekuli zina atomi mbili, tatu, nne au zaidi za kaboni. Kila hidrokaboni inayofuata inatofautiana na ile ya awali na kundi la atomi CH 2. Kwa mfano, ikiwa kiakili unaongeza kikundi cha CH 2 kwenye molekuli ya methane CH 4 (kikundi cha CH 2 kinaitwa tofauti ya homological), basi unapata hydrocarbon inayofuata ya mfululizo wa methane - ethane C 2 H 6, nk.

Radi ya homologous ya methane.

CH 4 - Methane

C 2 H 6 - Ethane

C 3 H 8 - Propani

C 4 H 10 - Butane

C5H12 - Pentane

C 6 H 14 - Hexane

C 7 H 16 - Heptane

C 9 H 20 - Hakuna

Isoma na utaratibu wa majina.

Ili kukusanya majina ya hidrokaboni zilizojaa za matawi, inachukuliwa kuwa katika molekuli zote atomi za hidrojeni hubadilishwa na radicals mbalimbali. Kuamua majina ya hidrokaboni iliyotolewa, agizo fulani linafuatwa:

Mlolongo mrefu zaidi wa kaboni katika fomula huchaguliwa na alama za atomi za kaboni zimehesabiwa, kuanzia mwisho wa mnyororo ambao tawi liko karibu.
Wanataja radikali (kuanzia na rahisi zaidi) na hutumia nambari kuonyesha eneo la atomi za kaboni zilizohesabiwa. Ikiwa atomi sawa ya kaboni ina radicals mbili zinazofanana, basi nambari inarudiwa mara mbili. Idadi ya radicals sawa inaonyeshwa kwa kutumia nambari kwa Kigiriki ("di" - mbili, "tatu" - tatu, "tetra" - nne, nk)
Jina kamili la hidrokaboni hii limetolewa na idadi ya atomi za kaboni kwenye mnyororo uliohesabiwa.

Kuwa katika asili.

Mwakilishi rahisi zaidi wa hidrokaboni iliyojaa ni methane- huundwa kwa asili kama matokeo ya mtengano wa mabaki ya viumbe vya mimea na wanyama bila upatikanaji wa hewa. Hii inaelezea kuonekana kwa Bubbles za gesi katika miili ya maji yenye maji. Wakati mwingine methane hutolewa kutoka kwa seams ya makaa ya mawe na hujilimbikiza kwenye migodi. Methane hutengeneza sehemu kubwa ya gesi asilia ( 80 -97% ) Pia hupatikana katika gesi zinazotolewa wakati wa uzalishaji wa mafuta. Utungaji wa gesi asilia na gesi za petroli pia ni pamoja na ethane C 2 H 6, propane C 3 H 8, butane C 4 H 10 na wengine wengine. Gesi, kioevu na hidrokaboni zilizojaa imara ziko katika mafuta.

Tabia za kimwili.

Methane ni gesi isiyo na rangi na isiyo na harufu, karibu mara 2 nyepesi kuliko hewa, mumunyifu kidogo katika maji. Ethane, propane, butane chini ya hali ya kawaida ni gesi, kutoka pentane hadi pentadecane ni kioevu, na homologues zifuatazo ni yabisi.
Kwa kuongezeka kwa uzani wa molekuli ya hidrokaboni iliyojaa, viwango vyao vya kuchemsha na kuyeyuka huongezeka kwa kawaida.