Попова Л.И.Углеводороды.Лекции для учителей(лекция 2)

Л.И.ПОПОВА,
учитель химии
(г. Новоуральск, Свердловская обл)

продолжение.предыдущая часть

Л е к ц и я 2.
Предельные углеводороды, общая формула гомологов данного ряда, электронное и пространственное строение.
Химические свойства метана.

Предельные углеводороды, или алканы – это соединения, состав которых выражается общей формулой CnH2n+2, где n – число атомов углерода. В молекулах предельных углеводородов атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) связью, а все остальные валентности насыщены атомами водорода. Алканы также называют насыщенными углеводородами, или парафинами.

Первым членом гомологического ряда алканов является метан CH₄. Окончание -ан является характерным для названий предельных углеводородов. Далее следуют этан C₂H₆, пропан С₃H₈, бутан С₄H₁₀. Начиная с пятого углеводорода, название образуется из греческого числительного, указывающего число углеродных атомов в молекуле, и окончания -ан. Это пентан C₅H₁₂, гексан C₆H₁₄, гептан C₇H₁₆, октан C₈H₁₈, нонан C₉H₂₀, декан C₁₀H₂₂ и т.д.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

В молекуле метана у атома углерода подвергаются гибридизации (т.е. взаимному выравниванию) одна s- и три p-орбитали. Эти орбитали после гибридизации располагаются в пространстве так, что их оси оказываются направленными к вершинам тетраэдра. Валентный угол между осями гибридных орбиталей составляет 109^о28^'. Поскольку в гибридизации участвуют 1 s-электрон и 3 p-электрона, то такой ее вид называется sp³-гибридизацией. В результате перекрывания четырех гибридных sp3-орбиталей атома углерода и s-орбиталей четырех атомов водорода образуется прочная молекула метана с четырьмя одинаковыми связями.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

В гомологическом ряду каждый последующий углеводород отличается от предыдущего группой атомов CH₂ (гомологической разностью).

С ростом молекулярной массы возрастает плотность алканов. Низшие алканы – метан, этан, пропан, бутан – газы, с C₅H₁₂ до C₁₆H₃₄ – жидкости, а с C₁₇H₃₆ – твердые вещества. С ростом молекулярной массы алканов возрастают температуры их кипения и плавления. При одинаковом числе атомов углерода в молекуле алканы с разветвленным строением имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные алканы.

Алканы практически нерастворимы в воде, т.к. их молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом. Они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких, как бензол, тетрахлорметан и др.

При обычных условиях предельные углеводороды химически малоактивны. На них не действуют (при обычной температуре) даже концентрированные растворы щелочей, а также кислоты и окислители. Алканы не вступают в реакции присоединения. Все реакции с их участием можно подразделить на два типа: реакции с разрывом связей C–H (реакции замещения) и реакции с разрывом связей C–C, при которых происходит расщепление молекул на отдельные осколки (крекинг).

Свойства алканов рассмотрим на примере метана.

Метан – газ без цвета и запаха, почти в два раза легче воздуха, малорастворим в воде.

Химические свойства метана

1. Метан горит бледным синеватым пламенем, образуя оксид углерода(IV) и воду:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O.

2. При сильном нагревании без доступа воздуха метан разлагается:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]