Особенности строения предельных углеводородов. Номенклатура углеводородов ряда метана. Химические свойства предельных углеводородов, их применение. Структурные формулы циклопарафинов (циклоалканов), их изображение в виде правильных многоугольников.
Алканы, или парафины - алифатические предельные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) (s-связью. Оставшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими атомами углерода, полностью насыщены водородом. Поэтому предельные (насыщенные) углеводороды содержат в молекуле максимальное число водородных атомов. К предельным углеводородам - алканам (парафинам) относятся соединения с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом простыми (одинарными) связями, а остальные свободные их валентности насыщены атомами водорода.В молекуле метана химические связи атомов водорода с атомом углерода имеют ковалентный характер. Если перекрывающиеся попарно электронные облака при образовании связей обозначить двумя точками или валентной черточкой, строение метана можно выразить формулами: или Когда в органической химии стало развиваться учение о пространственном строении молекул, было выяснено, что молекула метана в действительности имеет тетраэдрическую форму, а не плоскую, как мы изображаем на бумаге. У атомов углерода четыре валентных электрона, два из них являются спаренными s-электронами, они не могут образовывать химических связей с атомами водорода. Когда атом углерода вступает во взаимодействие с атомами водорода, s-электроны наружного слоя в нем распариваются, один из них занимает вакантное место третьего р-электрона и образует при своем движении облако в виде объемной восьмерки, перпендикулярное по отношению к облакам двух других р-электронов. Три р-электрона должны образовать три химические связи с атомами водорода во взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. под углом 90°, а четвертый атом водорода мог бы присоединяться в произвольном направлении, так как облако s-электрона имеет сферическую форму и эти связи, очевидно, отличались бы по свойствам.Первые четыре вещества (C1-C4) при обычных условиях - газы; следующие одиннадцать углеводородов (C5-C15) - жидкости; начиная с углеводорода C16H34 - твердые вещества. Если число атомов углерода в молекуле принять за n, то состав всех этих углеводородов можно выразить общей формулой CNH2n 2. Зная число атомов углерода в молекуле, легко найти молекулярную массу вещества. Например, если в молекуле содержатся пять атомов углерода, молекулярная масса Mr = 12x5 2x5 2 = 72. Известно и явление изомерии в ряду углеводородов - изомерии углеродного скелета молекул, обуславливающей возможность существования разных веществ одного и того же состава.Так, например, при освещении метан реагирует с хлором (при сильном освещении может произойти взрыв). При их столкновении с молекулой метана происходит реакция, в результате которой образуется свободный химически очень активный радикал метил. Частицы, имеющие неспаренные электроны и обладающие в связи с этим неиспользованными валентностями, называются свободными радикалами. Радикал метил (который обладает очень высокой реакционной способностью) реагирует с другой молекулой хлора, разрывает в ней связи между атомами и отщепляет свободные атомы хлора с неспаренными электронами. Аналогично реагируют с хлором этан, пропан и другие предельные углеводороды.Метан в составе природного газа находит все более широкое применение в быту и на производстве. Как весьма доступный углеводород, метан все в большей степени используется в качестве химического сырья. С этой целью в специальные печи вместе с метаном подают такое количество воздуха, чтобы сгорела лишь часть газа. Если же для последующих процессов нужен чистый водород (как в случае получения аммиака), оксид углерода (II) окисляют водяным паром, используя катализаторы. Тетрахлорметан применяется, кроме того, при тушении огня (особенно в тех случаях, когда нельзя использовать воду), так как тяжелые негорючие пары этого вещества, образующиеся при испарении жидкости, быстро изолируют горящий предмет от кислорода воздуха.В предельных углеводородах атомы углерода находятся в первом валентном состоянии (sp3-гибридизация). В этом случае, как известно, все четыре гибридные орбитали в пространстве составляют геометрическую фигуру - тетраэдр (углы между осями связей С-Н равны 109° 28"). При этом может произойти или разрыв связи С-Н с последующим замещением атома водорода на другой атом или группу атомов, или же разрыв молекулы по связи С-С.
План
Содержание
Введение
1. Метан, его строение
2. Строение и номенклатура углеводородов ряда метана
3. Химические свойства предельных углеводородов
4. Применение и получение предельных углеводородов
6. Циклопарафины
Заключение
Список литературы
Введение
Алканы, или парафины - алифатические предельные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) (s-связью.
Оставшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими атомами углерода, полностью насыщены водородом. Поэтому предельные (насыщенные) углеводороды содержат в молекуле максимальное число водородных атомов.
К предельным углеводородам - алканам (парафинам) относятся соединения с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом простыми (одинарными) связями, а остальные свободные их валентности насыщены атомами водорода. В обычных условиях алканы мало реакционно способны, откуда возникло их название "парафины" - от лат. parrum affinis - малоактивный.
Члены гомологического ряда предельных углеводородов отвечают общей формуле CNH2n 2. Простейшим представителем насыщенных углеводородов является метан, структурная формула которого.
H I H-C-H I H
Цель работы - изучить предельные углеводороды.
Задачи работы: 1) охарактеризовать метан и его строение;
2) рассмотреть строение и номенклатуру углеводородов ряда метана;
3) обозначить химические свойства предельных углеводородов;
4) изучить применение и получение предельных углеводородов;
5) рассмотреть особенности циклопарафинов.
Вывод
В предельных углеводородах атомы углерода находятся в первом валентном состоянии (sp3-гибридизация). В этом случае, как известно, все четыре гибридные орбитали в пространстве составляют геометрическую фигуру - тетраэдр (углы между осями связей С-Н равны 109° 28"). Пространственное расположение атомов в молекуле метана можно показать с помощью тетраэдрических и шаростержневых моделей. Для этого наиболее удобны объемные модели Бриглеба, которые более наглядно отражают относительные размеры атомов в молекуле. Эти модели изготовлены в соответствии с действительным соотношением радиусов атомов (в масштабе 0,05 нм = 1 см).
Основные химические превращения алканов идут только при сообщении им достаточно высокой энергии (при нагревании или облучении УФ-светом). При этом может произойти или разрыв связи С-Н с последующим замещением атома водорода на другой атом или группу атомов, или же разрыв молекулы по связи С-С. Несмотря на то что энергии этих связей равны соответственно 415-420 (для первичных углеродных атомов) и 350 КДЖ/моль, разрыв предпочтительнее идет по связи С-Н. Это связано с тем, что связь С-Н более доступна для реагента.
Поскольку алканы - соединения неполярные, то при разрыве связей образуются главным образом не ионы, а радикалы, т.е. этот процесс идет по гомолитическому механизму.
